凹土表面酸密度及其电学性能关系的研究
目 录
1 引言 1
1.1 凹凸棒黏土 1
1.1.1 凹土简介 1
1.1.2 凹土性能 2
1.1.3 凹土应用 5
1.2 酸密度的测定 8
1.2.1 酸密度 9
1.2.2 酸强度 9
1.3等电点 11
1.4 zeta电位.................................................................................................................12
2 实验 12
2.1 实验材料 12
2.1.1 测定凹土表面酸密度 12
2.1.2 测定不同ph下的凹土的ZETA电位 13
2.2 实验仪器 13
2.2.1 测定凹土表面酸密度 13
2.2.2 测定不同ph下的凹土的ZETA电位................................................................13
2.3 实验过程 13
2.3.1 测定凹土表面酸密度（酸强度） 13
2.3.2 计算凹土的酸密度 14
2.3.3测定不同ph下的凹土的ZETA电位 14
2.4 实验结果与讨论 15
2.4.1 凹土表面酸密度 15
2.4.2 不同ph条件下的ZETA电位 15
结论 22
致谢 23
参考文献 24
1 引 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
言
凹凸棒石黏土又名坡缕缟石（简称凹土），是自然界中比较稀少，性能独特，用途广泛的非金属矿产，在我国主要分布在江苏西部的盱眙，六合和安徽的明光地区。自1932年首次在美国佐治亚州Attapulgus发现凹凸棒石粘土以来,迄今已有70多年历史。目前,世界上主要凹凸棒石粘土生产国是美国、德国、法国、英国、意大利、比利时、瑞士、瑞典、西班牙、奥地利、俄罗斯、印度、澳大利亚、土耳其等国家和地区。国外凹凸棒石粘土主要应用于宠物圈垫、植物油和工业用油加工、环保、农业、新型建材等领域。菜籽油、花生油、豆油和棕榈油等植物油加工和吸附剂生产是凹凸棒石粘土消耗量较大的主要部门。我国凹凸棒石粘土发现于1979年,相较于其他国家仅仅只有三十几年的时间，研发，生产，加工水平落后，在这方面上还有很大的研究空间。因此，研究凹土的性质极为重要。
本实验主要是测定在不同指示剂下不同来源凹土的表面酸密度，以及悬浮液的Ph对凹土的电学性能的影响。
1.1 凹土棒石黏土
1.1.1 凹土简介
凹凸棒粘土是指以凹凸棒土(attapulgite)为主要矿物成份的一种天然非金属粘土矿物，在矿物学上隶属于海泡石族[1~3]。凹凸棒石是一种链层状结构的含水镁铝硅酸盐矿物，属于2∶1型的层状矿物。1862年，俄国学者隆科钦科夫最早在乌拉尔矿区的热液蚀变产物中发现这一矿物并将它命名坡缕土(Palygorskite)。1935年法国学者拉巴特朗(de Lapparent)在美国佐治亚州凹凸堡(Attapulgus)的漂白土中发现而命名为凹凸棒土（简称凹土）。后来Huggins等证明两种粘土具有相同的结构，属于同一矿物。凹凸棒石呈土状、致密块状,产于沉积岩和风化壳中，颜色为白色、灰白色、青灰色、灰绿色或弱丝绢光泽。土质细腻，有油脂滑感,质轻、性脆,吸水性强,湿时具粘性和可塑性。我国自1976年在江苏六合小盘山首次发现凹凸棒石粘土矿后,1982年又在江苏盱眙、安徽明光等地相继发现了大型凹凸棒土矿。由于我国开发利用水平低，以致使这种经济意义重大的矿藏的应用还只限于一般的填料，甚至以原土的形式廉价地出口德国等国,造成资源的浪费。我国目前对于这种粘土珍稀资源的研究还多限于一般的定性的鉴定和形貌观察。
凹凸棒土原土中含有70%～80%的凹凸棒土，10%～15%的蒙脱土和海泡石，4%～8%的石英，1%～5%的方解石或者白云石，在加工的过程中非粘土成分被除去。因此，最终的的产品中含有85%～90%的凹凸棒土。1940年Bradley首先阐明了凹凸棒土的结构(如图1-3所示)。
图1-3 凹凸棒石的理想结构示意图
凹凸棒土的典型化学式为Si8Mg5O20(OH)2(OH2)44H2O。据国外矿物分析，凹凸棒土的化学成分质量分数为：SiO2 53.61%，Al2O3 9.29% ，Fe2O3 3.1%，TiO2 0.39%，MgO 13.20%，CaO 0.2%，Na2O 0.04%，K2O 0.25%，H2O 19.8%。它是一种具有纤维状或链状结构的水合镁铝硅酸盐，其结构可分为3层。上下两层是硅氧四面体结构，中间是一层Mg-O八面体。这些结构单元按方格形式交错排列，构成c轴方向的双链状、沿a、b轴方向的层状结构。由于结构中存在晶格置换，故晶体中含有不定量的Na+、Ca2+、Fe3+、Al3+。凹凸棒土的显微结构包括3个层次：(1)凹凸棒土的基本结构单元——棒晶，棒晶呈针状，长约1μm，直径0.01μm，与棒平行的沟槽宽约5×10-4μm，棒长与直径因产地而异；(2)由棒晶紧密平行聚集而成的棒晶束；(3)由晶束(也包括棒晶)间相互聚集而形成的各种聚集体(粒径通常在0.01～0.1mm)[1]。凹凸棒石粘土呈碱性，pH值为8～9，江苏盱眙凹凸棒石粘土的主要工艺性能为：胶质价55～65mL/15g；比表面积≥350m2/g；膨胀容4～6mL/g；吸蓝量≤24g/100g；内部孔道0.37nm×0.64nm；阳离子交换容量25～50mg/100g；导热系数0.06W/（m2℃）；电动电位-25.8mV；吸率水≥150%；吸油率≥80%[3]。
1.1.2 凹土性能
（1） 流变性
在低浓度下凹土可形成高粘度的悬浮液，随着剪切速率的增加，表观粘度而下降，具有剪切稀释性，因此该悬浮液是非牛顿流体。由于凹土所含棒状晶体的直径为纳米尺度，以棒晶或晶束的形态以一定的相互作用力( 吸附力) 在水中缠结，当凹土浓度适当时，棒晶构成“柴垛”式网状结构，就此拥有良好的流变性[4]。
（2） 吸附性
凹凸棒土的吸附性取决于它较大的表面积和表面物理化学结构及离子状态，其吸附作用包括物理吸附及化学吸附。物理吸附的实质是通过范德华力将吸附质分子吸附在凹凸棒土的内外表面。表面积和孔结构是其物理吸附作用的重要指标。晶体结构内部沸石通道的存在赋予了凹凸棒土巨大的内比表面积，同时由于单个晶体呈现细小的棒状、针状和纤维状及较高的表面电荷[5]，在分散时棒状纤维并不保持原先的方位，呈现毡状物无规则的沉淀。干燥后，它们密集在一起形成大小不均一的次生孔隙。这一特征使得凹凸棒土的比表面积很高。此外，晶体内部沸石孔道尺寸大小一致，使其具有分于筛的作用。凹凸棒土的化学吸附作用是其吸附作用的重要体现。
2 ,4 -二硝基甲苯 无 黄 -13.5
2.4 实验结果与讨论
2.4.1 凹土表面酸密度
1 引言 1
1.1 凹凸棒黏土 1
1.1.1 凹土简介 1
1.1.2 凹土性能 2
1.1.3 凹土应用 5
1.2 酸密度的测定 8
1.2.1 酸密度 9
1.2.2 酸强度 9
1.3等电点 11
1.4 zeta电位.................................................................................................................12
2 实验 12
2.1 实验材料 12
2.1.1 测定凹土表面酸密度 12
2.1.2 测定不同ph下的凹土的ZETA电位 13
2.2 实验仪器 13
2.2.1 测定凹土表面酸密度 13
2.2.2 测定不同ph下的凹土的ZETA电位................................................................13
2.3 实验过程 13
2.3.1 测定凹土表面酸密度（酸强度） 13
2.3.2 计算凹土的酸密度 14
2.3.3测定不同ph下的凹土的ZETA电位 14
2.4 实验结果与讨论 15
2.4.1 凹土表面酸密度 15
2.4.2 不同ph条件下的ZETA电位 15
结论 22
致谢 23
参考文献 24
1 引 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
言
凹凸棒石黏土又名坡缕缟石（简称凹土），是自然界中比较稀少，性能独特，用途广泛的非金属矿产，在我国主要分布在江苏西部的盱眙，六合和安徽的明光地区。自1932年首次在美国佐治亚州Attapulgus发现凹凸棒石粘土以来,迄今已有70多年历史。目前,世界上主要凹凸棒石粘土生产国是美国、德国、法国、英国、意大利、比利时、瑞士、瑞典、西班牙、奥地利、俄罗斯、印度、澳大利亚、土耳其等国家和地区。国外凹凸棒石粘土主要应用于宠物圈垫、植物油和工业用油加工、环保、农业、新型建材等领域。菜籽油、花生油、豆油和棕榈油等植物油加工和吸附剂生产是凹凸棒石粘土消耗量较大的主要部门。我国凹凸棒石粘土发现于1979年,相较于其他国家仅仅只有三十几年的时间，研发，生产，加工水平落后，在这方面上还有很大的研究空间。因此，研究凹土的性质极为重要。
本实验主要是测定在不同指示剂下不同来源凹土的表面酸密度，以及悬浮液的Ph对凹土的电学性能的影响。
1.1 凹土棒石黏土
1.1.1 凹土简介
凹凸棒粘土是指以凹凸棒土(attapulgite)为主要矿物成份的一种天然非金属粘土矿物，在矿物学上隶属于海泡石族[1~3]。凹凸棒石是一种链层状结构的含水镁铝硅酸盐矿物，属于2∶1型的层状矿物。1862年，俄国学者隆科钦科夫最早在乌拉尔矿区的热液蚀变产物中发现这一矿物并将它命名坡缕土(Palygorskite)。1935年法国学者拉巴特朗(de Lapparent)在美国佐治亚州凹凸堡(Attapulgus)的漂白土中发现而命名为凹凸棒土（简称凹土）。后来Huggins等证明两种粘土具有相同的结构，属于同一矿物。凹凸棒石呈土状、致密块状,产于沉积岩和风化壳中，颜色为白色、灰白色、青灰色、灰绿色或弱丝绢光泽。土质细腻，有油脂滑感,质轻、性脆,吸水性强,湿时具粘性和可塑性。我国自1976年在江苏六合小盘山首次发现凹凸棒石粘土矿后,1982年又在江苏盱眙、安徽明光等地相继发现了大型凹凸棒土矿。由于我国开发利用水平低，以致使这种经济意义重大的矿藏的应用还只限于一般的填料，甚至以原土的形式廉价地出口德国等国,造成资源的浪费。我国目前对于这种粘土珍稀资源的研究还多限于一般的定性的鉴定和形貌观察。
凹凸棒土原土中含有70%～80%的凹凸棒土，10%～15%的蒙脱土和海泡石，4%～8%的石英，1%～5%的方解石或者白云石，在加工的过程中非粘土成分被除去。因此，最终的的产品中含有85%～90%的凹凸棒土。1940年Bradley首先阐明了凹凸棒土的结构(如图1-3所示)。
图1-3 凹凸棒石的理想结构示意图
凹凸棒土的典型化学式为Si8Mg5O20(OH)2(OH2)44H2O。据国外矿物分析，凹凸棒土的化学成分质量分数为：SiO2 53.61%，Al2O3 9.29% ，Fe2O3 3.1%，TiO2 0.39%，MgO 13.20%，CaO 0.2%，Na2O 0.04%，K2O 0.25%，H2O 19.8%。它是一种具有纤维状或链状结构的水合镁铝硅酸盐，其结构可分为3层。上下两层是硅氧四面体结构，中间是一层Mg-O八面体。这些结构单元按方格形式交错排列，构成c轴方向的双链状、沿a、b轴方向的层状结构。由于结构中存在晶格置换，故晶体中含有不定量的Na+、Ca2+、Fe3+、Al3+。凹凸棒土的显微结构包括3个层次：(1)凹凸棒土的基本结构单元——棒晶，棒晶呈针状，长约1μm，直径0.01μm，与棒平行的沟槽宽约5×10-4μm，棒长与直径因产地而异；(2)由棒晶紧密平行聚集而成的棒晶束；(3)由晶束(也包括棒晶)间相互聚集而形成的各种聚集体(粒径通常在0.01～0.1mm)[1]。凹凸棒石粘土呈碱性，pH值为8～9，江苏盱眙凹凸棒石粘土的主要工艺性能为：胶质价55～65mL/15g；比表面积≥350m2/g；膨胀容4～6mL/g；吸蓝量≤24g/100g；内部孔道0.37nm×0.64nm；阳离子交换容量25～50mg/100g；导热系数0.06W/（m2℃）；电动电位-25.8mV；吸率水≥150%；吸油率≥80%[3]。
1.1.2 凹土性能
（1） 流变性
在低浓度下凹土可形成高粘度的悬浮液，随着剪切速率的增加，表观粘度而下降，具有剪切稀释性，因此该悬浮液是非牛顿流体。由于凹土所含棒状晶体的直径为纳米尺度，以棒晶或晶束的形态以一定的相互作用力( 吸附力) 在水中缠结，当凹土浓度适当时，棒晶构成“柴垛”式网状结构，就此拥有良好的流变性[4]。
（2） 吸附性
凹凸棒土的吸附性取决于它较大的表面积和表面物理化学结构及离子状态，其吸附作用包括物理吸附及化学吸附。物理吸附的实质是通过范德华力将吸附质分子吸附在凹凸棒土的内外表面。表面积和孔结构是其物理吸附作用的重要指标。晶体结构内部沸石通道的存在赋予了凹凸棒土巨大的内比表面积，同时由于单个晶体呈现细小的棒状、针状和纤维状及较高的表面电荷[5]，在分散时棒状纤维并不保持原先的方位，呈现毡状物无规则的沉淀。干燥后，它们密集在一起形成大小不均一的次生孔隙。这一特征使得凹凸棒土的比表面积很高。此外，晶体内部沸石孔道尺寸大小一致，使其具有分于筛的作用。凹凸棒土的化学吸附作用是其吸附作用的重要体现。
2 ,4 -二硝基甲苯 无 黄 -13.5
2.4 实验结果与讨论
2.4.1 凹土表面酸密度
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