凹土的硅烷化改性及其吸附生物基质的机制研究(附件)
目的 凹凸棒石黏土为一种高效吸附剂，其有机改性材料用于吸附蛋白、糖等生物基质的研究较少，本文旨在探究改性凹凸棒石黏土对生物基质的吸附性能。方法 用有机硅烷进行凹凸棒黏土的有机改性，并进行红外表征分析；以牛血清白蛋白为生物基质模型，采用动态吸附法评价改性凹凸棒石黏土对生物基质的吸附性能。结果 红外分析表明，有机硅烷可有效地偶联在凹凸棒石黏土表面；硅烷偶联剂KH550改性凹凸棒石黏土的吸附性能最佳，并且 KH550改性凹凸棒石黏土在35℃、碱性条件下吸附性能更好。随着时间的增加，约16 h，单位质量的改性凹凸棒石黏土的吸附能力饱和。当改性凹凸棒石黏土的剂量和牛血清蛋白的浓度达到一定程度时，改性凹凸棒石黏土的吸附能力也会达到一个饱和状态。结论 硅烷改性处理的凹凸棒石黏土为一种新型的生物基质吸附剂，其优越的吸附性能仍有待进行深入研究。关键词 凹凸棒石黏土，有机改性，生物基质，牛血清蛋白，吸附
目 录
1 引言 1
1.1 凹凸棒石黏土简介1
1.2 凹凸棒石黏土性能1
1.3 凹凸棒石黏土的改性2
1.4 凹凸棒石黏土对生物基质的吸附5
1.5 研究意义与内容5
2 实验部分 6
2.1 实验仪器和实验材料 6
2.2 凹凸棒石黏土的提纯及酸化 6
2.3 凹凸棒石黏土的硅烷化改性 6
2.4 硅烷化改性凹凸棒石黏土的红外表征9
2.5 牛血清蛋白吸附实验9
2.6 实验室三废的处理12
3 结果与讨论12
3.1 改性凹凸棒石黏土的红外表征12
3.2 改性凹凸棒石黏土对牛血清蛋白的吸附15
结论 19
致谢 20
参考文献21
1 引言
1.1凹凸棒石黏土简介
凹凸棒石黏土又叫凹凸棒石，也称坡缕石，是一种层链状过渡结构的含水富镁硅酸盐基黏土矿。凹凸棒石黏土作为世界性稀缺资源，除了要具有高碱度、适当盐度和一定温度等条件外，还须在介质中有SiO2、Al2O3、MgO存在及相适宜比例下方可形成。凹凸棒石黏土的稳定性好， *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
性能丰富，现已被广泛应用在化工、机械、建材、环保、食品军工、核工业等多方面领域中，素有“万土之王”，“一土千用”的美称。
凹凸棒石黏土又名坡缕石，是一种层链状过渡结构的含水富镁硅酸盐黏土矿物，隶属于海泡石族。凹凸棒石黏土的三种主要成分分别是SiO2、(Mg,Al,Fe)O 还有H2O，它们在凹凸棒石黏土中所占的比例也不同，其中SiO2占据的比例最大，H2O的最少。凹凸棒石黏土的理论化学式为Mg5Si8O20(OH)2(OH2)44H2O，实际上每一种凹凸棒石黏土的主要成分含量有所不同，与理论化学式存在明显差异，原因在于凹凸棒石黏土在形成的过程中有类质同象替代等现象[1]。凹凸棒石黏土的内部结构的排列方式让四面体片可以在链间被连续连接，进而构成链层状硅酸盐[2]。凹凸棒石黏土也可以用于电化学的研究[3]，我们可以将一些导电材料吸附在凹凸棒石黏土的表面，由于凹凸棒石黏土具有多孔性和棒状结构（结构见图1），所以经过处理的凹凸棒石黏土可以形成复合电极。
图1 凹凸棒石黏土结构示意图
1.2 凹凸棒石黏土性能
1.2.1 凹凸棒石黏土的物理性质
凹凸棒石黏土属于单斜晶体，形状多样，可分为沉积型和热液型两种，其中沉积型凹凸棒石黏土呈土状或致密块状，而热液型则呈皮革状。根据凹凸棒石黏土中含量和杂志的不同，其颜色也会有所不同，一般可呈现为白色、灰白色、浅绿色和褐色。凹凸棒石黏土的土质非常细腻，但是质轻性脆，同时吸水性强，有油脂滑感[4]。在湿时凹凸棒石黏土具有黏性和高度的可塑性，当其干燥后，凹凸棒石黏土会收缩，在水中易崩解。凹凸棒石黏土的莫氏硬度大约为23，但是当温度加热到700800℃时，凹凸棒石黏土的莫氏硬度＞5[5]。
1.2.2 凹凸棒石黏土的化学性质
凹凸棒石黏土许多独特的物理化学性质源自于其链层状结构，主要有吸附性、带电性、催化性、载体性和流变性等。在现实生活中应用最广泛的是它的带电性和吸附性。我们一般将凹凸棒石黏土所带的电荷分为结构电荷和表面电荷这两种电荷，其中凹凸棒石黏土良好的胶体性能就是它带典性的一个重要体现[6]。凹凸棒石黏土晶体中存在着同构取代（也称类质同相）现象，这是凹凸棒石黏土结构电荷产生的原因，而表面电荷则源自于凹凸棒石黏土表面三种MgO、AlO、SiO化学键的破健水解[7]。凹凸棒石黏土一般体现在它的化学吸附上面，凹凸棒石黏土较大的比表面积还有它独特的表面物理化学结构是它优良吸附性能的重要原因，同样离子状态也是其中之一。凹凸棒石黏土的吸附作用一般可以分为化学吸附作用、物理吸附作用还有离子交换吸附作用这三种吸附。凹凸棒石黏土的吸附作用主要源于离子交换和SiOSi中硅氧键的断裂，利用其吸附作用，我们可以将凹凸棒石黏土作为吸附剂、除臭剂等[8]。
1.3 凹凸棒石黏土的改性
我们常用改性的方法来改善和提高凹凸棒石黏土的性能，这是凹凸棒石黏土深加工研究的重点方向之一。现在较为常用的改性凹凸棒石黏土的方法主要有无机改性和有机改性这两种，其中无机改性的方法主要包括热活化改性和酸活化改性，有机改性方面有着两种不同的理论方法，这两种方法存在着本质上的不同，一种只是对凹凸棒石黏土表面进行有机修饰，不涉及新键的产生和断裂，这一类理论通常会选择合适的有机阳离子来充当表面活性剂以此达到改性目的[9]；另一种则是在凹凸棒石黏土的结构中生成新的共价键来获取新的功能材料，这一类理论一般会使用硅烷偶联剂来改性凹凸棒石黏土[10]。这两种方法都可以对凹凸棒石黏土进行改性。
1.3.1 凹凸棒石黏土的提纯
凹凸棒石黏土的改性是改善凹凸棒石黏土性能的关键，也是凹凸棒石黏土深加工的关键方向之一。只有经过深加工提纯的凹凸棒石黏土，才能够达到高技术产品的要求，才能够实现利益最大化，才能加工成更高质量的产品。我国现在的对凹凸棒石黏土的提纯方法主要有两种[11]，也是我们平常所用的方法，一种是干法提纯，干法提纯的主要优点是成本低廉同时它的工艺流程也是比较简单，也正是因为这样子，所以这种方法对凹凸棒石黏土的提纯效果有限，因此此方法只适用于那些原矿品味好并且含量高的矿石。另一种方法就是湿法提纯，和干法提纯相比较，湿法提纯的操作比较繁杂，在经过提纯过后还需要进一步的脱水干燥研磨处理，整个提纯过程中还需要大量的水，所以它的成本要比湿法提纯要高很多，也正是这样，经过湿法提纯的凹凸棒石黏土的精度很高。如今用湿法提纯获得的产品主要被用于对凹凸棒石黏土纯度要求较高的产业[12]。我国的凹凸棒石黏土品味较低且平均含量相对较少，所以一般都会采用湿法提纯。湿法提纯工艺流程主要分为三个部分，第一部分首先将凹凸棒石黏土矿石粉碎浸泡，第二步是在粉碎好的凹凸棒石黏土中加入分散剂并且不断进行搅拌，最后再利用离心或者沉淀的方法来分离纯化凹凸棒石黏土和杂质，这样我们就可以得到纯度相对较高的凹凸棒石黏土预处理产品了。
目 录
1 引言 1
1.1 凹凸棒石黏土简介1
1.2 凹凸棒石黏土性能1
1.3 凹凸棒石黏土的改性2
1.4 凹凸棒石黏土对生物基质的吸附5
1.5 研究意义与内容5
2 实验部分 6
2.1 实验仪器和实验材料 6
2.2 凹凸棒石黏土的提纯及酸化 6
2.3 凹凸棒石黏土的硅烷化改性 6
2.4 硅烷化改性凹凸棒石黏土的红外表征9
2.5 牛血清蛋白吸附实验9
2.6 实验室三废的处理12
3 结果与讨论12
3.1 改性凹凸棒石黏土的红外表征12
3.2 改性凹凸棒石黏土对牛血清蛋白的吸附15
结论 19
致谢 20
参考文献21
1 引言
1.1凹凸棒石黏土简介
凹凸棒石黏土又叫凹凸棒石，也称坡缕石，是一种层链状过渡结构的含水富镁硅酸盐基黏土矿。凹凸棒石黏土作为世界性稀缺资源，除了要具有高碱度、适当盐度和一定温度等条件外，还须在介质中有SiO2、Al2O3、MgO存在及相适宜比例下方可形成。凹凸棒石黏土的稳定性好， *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
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凹凸棒石黏土又名坡缕石，是一种层链状过渡结构的含水富镁硅酸盐黏土矿物，隶属于海泡石族。凹凸棒石黏土的三种主要成分分别是SiO2、(Mg,Al,Fe)O 还有H2O，它们在凹凸棒石黏土中所占的比例也不同，其中SiO2占据的比例最大，H2O的最少。凹凸棒石黏土的理论化学式为Mg5Si8O20(OH)2(OH2)44H2O，实际上每一种凹凸棒石黏土的主要成分含量有所不同，与理论化学式存在明显差异，原因在于凹凸棒石黏土在形成的过程中有类质同象替代等现象[1]。凹凸棒石黏土的内部结构的排列方式让四面体片可以在链间被连续连接，进而构成链层状硅酸盐[2]。凹凸棒石黏土也可以用于电化学的研究[3]，我们可以将一些导电材料吸附在凹凸棒石黏土的表面，由于凹凸棒石黏土具有多孔性和棒状结构（结构见图1），所以经过处理的凹凸棒石黏土可以形成复合电极。
图1 凹凸棒石黏土结构示意图
1.2 凹凸棒石黏土性能
1.2.1 凹凸棒石黏土的物理性质
凹凸棒石黏土属于单斜晶体，形状多样，可分为沉积型和热液型两种，其中沉积型凹凸棒石黏土呈土状或致密块状，而热液型则呈皮革状。根据凹凸棒石黏土中含量和杂志的不同，其颜色也会有所不同，一般可呈现为白色、灰白色、浅绿色和褐色。凹凸棒石黏土的土质非常细腻，但是质轻性脆，同时吸水性强，有油脂滑感[4]。在湿时凹凸棒石黏土具有黏性和高度的可塑性，当其干燥后，凹凸棒石黏土会收缩，在水中易崩解。凹凸棒石黏土的莫氏硬度大约为23，但是当温度加热到700800℃时，凹凸棒石黏土的莫氏硬度＞5[5]。
1.2.2 凹凸棒石黏土的化学性质
凹凸棒石黏土许多独特的物理化学性质源自于其链层状结构，主要有吸附性、带电性、催化性、载体性和流变性等。在现实生活中应用最广泛的是它的带电性和吸附性。我们一般将凹凸棒石黏土所带的电荷分为结构电荷和表面电荷这两种电荷，其中凹凸棒石黏土良好的胶体性能就是它带典性的一个重要体现[6]。凹凸棒石黏土晶体中存在着同构取代（也称类质同相）现象，这是凹凸棒石黏土结构电荷产生的原因，而表面电荷则源自于凹凸棒石黏土表面三种MgO、AlO、SiO化学键的破健水解[7]。凹凸棒石黏土一般体现在它的化学吸附上面，凹凸棒石黏土较大的比表面积还有它独特的表面物理化学结构是它优良吸附性能的重要原因，同样离子状态也是其中之一。凹凸棒石黏土的吸附作用一般可以分为化学吸附作用、物理吸附作用还有离子交换吸附作用这三种吸附。凹凸棒石黏土的吸附作用主要源于离子交换和SiOSi中硅氧键的断裂，利用其吸附作用，我们可以将凹凸棒石黏土作为吸附剂、除臭剂等[8]。
1.3 凹凸棒石黏土的改性
我们常用改性的方法来改善和提高凹凸棒石黏土的性能，这是凹凸棒石黏土深加工研究的重点方向之一。现在较为常用的改性凹凸棒石黏土的方法主要有无机改性和有机改性这两种，其中无机改性的方法主要包括热活化改性和酸活化改性，有机改性方面有着两种不同的理论方法，这两种方法存在着本质上的不同，一种只是对凹凸棒石黏土表面进行有机修饰，不涉及新键的产生和断裂，这一类理论通常会选择合适的有机阳离子来充当表面活性剂以此达到改性目的[9]；另一种则是在凹凸棒石黏土的结构中生成新的共价键来获取新的功能材料，这一类理论一般会使用硅烷偶联剂来改性凹凸棒石黏土[10]。这两种方法都可以对凹凸棒石黏土进行改性。
1.3.1 凹凸棒石黏土的提纯
凹凸棒石黏土的改性是改善凹凸棒石黏土性能的关键，也是凹凸棒石黏土深加工的关键方向之一。只有经过深加工提纯的凹凸棒石黏土，才能够达到高技术产品的要求，才能够实现利益最大化，才能加工成更高质量的产品。我国现在的对凹凸棒石黏土的提纯方法主要有两种[11]，也是我们平常所用的方法，一种是干法提纯，干法提纯的主要优点是成本低廉同时它的工艺流程也是比较简单，也正是因为这样子，所以这种方法对凹凸棒石黏土的提纯效果有限，因此此方法只适用于那些原矿品味好并且含量高的矿石。另一种方法就是湿法提纯，和干法提纯相比较，湿法提纯的操作比较繁杂，在经过提纯过后还需要进一步的脱水干燥研磨处理，整个提纯过程中还需要大量的水，所以它的成本要比湿法提纯要高很多，也正是这样，经过湿法提纯的凹凸棒石黏土的精度很高。如今用湿法提纯获得的产品主要被用于对凹凸棒石黏土纯度要求较高的产业[12]。我国的凹凸棒石黏土品味较低且平均含量相对较少，所以一般都会采用湿法提纯。湿法提纯工艺流程主要分为三个部分，第一部分首先将凹凸棒石黏土矿石粉碎浸泡，第二步是在粉碎好的凹凸棒石黏土中加入分散剂并且不断进行搅拌，最后再利用离心或者沉淀的方法来分离纯化凹凸棒石黏土和杂质，这样我们就可以得到纯度相对较高的凹凸棒石黏土预处理产品了。
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