【摘 要】
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凹凸棒土黏土(ATP)又称坡缕石(PAL),是一种富镁铝的一维层链状硅酸盐天然矿物。我国的凹凸棒土资源非常丰富,是世界上主要的资源国和生产国之一。自1860年凹凸棒土在乌拉尔坡缕缟斯克矿区发现以来,我国已陆续在全国14个省区发现凹凸棒土的矿床,探明的远景储量高达十亿吨。由于其纤维状的特殊结构、较大的比表面积、易于置换的离子状态,凹凸棒土在农业、污水处理、高分子材料、等方面具有良好的应用价值。然而,
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凹凸棒土黏土(ATP)又称坡缕石(PAL),是一种富镁铝的一维层链状硅酸盐天然矿物。我国的凹凸棒土资源非常丰富,是世界上主要的资源国和生产国之一。自1860年凹凸棒土在乌拉尔坡缕缟斯克矿区发现以来,我国已陆续在全国14个省区发现凹凸棒土的矿床,探明的远景储量高达十亿吨。由于其纤维状的特殊结构、较大的比表面积、易于置换的离子状态,凹凸棒土在农业、污水处理、高分子材料、等方面具有良好的应用价值。然而,由于氢键作用力和范德华力的作用,其通常以棒晶束或团聚体的形式存在。这极大地掩盖了其纳米特性并限制了它在各领域的使用。因此,开发高效、简便、易于规模化制备高分散凹凸棒土晶束的方法对于提升凹凸棒土基材料性能具有重要的研究意义。本文采用一种剪切辅助超临界CO2法解离制备高分散凹凸棒土,超临界二氧化碳在凹凸棒土棒晶之间插层,通过水平和垂直的作用力在高速泄压过程中实现凹凸棒土的解离。确定其最优工艺条件为:压力10 MPa,温度60 oC,解离时间40 min,解离次数4次。解离前后的凹凸棒土的粒径、接触角、Zeta电位的结果表明,簇状的凹凸棒土被成功解离成单体棒晶,其解离后的平均粒径仅有4.25μm。相比于原料ATP,解离后ATP具有更高的Zeta电位和更小的接触角。在实现高效解离的基础之上,进一步考察了解离后ATP的流变性能和吸附性能。实验表明,解离后凹凸棒土的悬浮液粘度是解离前的1.5倍,同时其对染料亚甲基蓝(MB)和罗丹明B(Rh B)的吸附率可分别达到88.09%和86.11%。由于解离之后的ATP表面硅羟基更为丰富,将其进一步修饰改性,通过表面改性和聚合反应将解离后的ATP与聚合物复合形成纳米降黏材料,用于辽河油田的原油降黏。合成的纳米降黏材料显示出良好的疏水亲油性,因此可随着油溶剂的引入良好分散在原油中。同时,合成的纳米降黏剂由于引入了ATP纳米棒,其黏温性质和降黏性能都得到了有效提升。由于降黏剂对蜡晶的强相互作用,原油粘度被降至1000 m Pa·s以下,有效降黏率可达到95%以上。以上结果表明,剪切辅助超临界CO2解离法能够量化生产富硅羟基的高分散ATP,这对提升其吸附及降黏领域的应用性能具有重要意义。
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