层状硅酸盐的制备、改性及应用

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近年来,麦羟硅钠石(magadiite)和水羟硅钠石(kenyaite)及其相关科学的研究日益受到人们重视。Magadiite和kenyaite是一种二维层状结构硅酸盐材料,它的层板是由带负电的[SiO4]四面体组成,层间有可被交换的水合钠离子,层板之间具有较好的膨胀性,可以容纳小到质子大到高分子等客体。性能各异的客体分子同无机层状主体材料形成的复合材料在催化、吸附以及纳米复合材料等领域具有重要的应用价值。本文采用水热合成法在SiO2-NaOH—Na2CO3-H2O体系中成功地制备了纯相的magadiite和kenyaite,研究了晶化时间、晶化温度、H2O的含量、SiO2的含量对制备的影响,并对样品的结构进行表征。结果表明,晶化时间、晶化温度、H2O含量、SiO2含量的提高均会使反应产物由magadiite向kenyaite转化。所制备的magadiite和kenyaite形态为玫瑰花瓣状且其热稳定性在250℃以下。以十四烷基三丁基季鏻盐、十六烷基三苯基季鏻盐和十六烷基三甲基季铵盐为有机改性剂,对制备的magadiite和kenyaite进行有机化改性,制备出了有机化改性的magadiite和kenyaite,研究了改性剂的添加量、反应温度、反应时间对插层的影响,同时对插层后的产物进行了表征。结果表明三种有机改性剂均插入到magadiite和kenyaite的层间,插层后的magadiite和kenyaite的玫瑰花状形貌被破坏,层板间的距离有所增加;改性剂的添加量越大,插层效果越好;反应温度对插层效果影响较小;插层反应的平衡时间为2h。以十六烷基三苯基溴化鏻改性后的magadiite和纯magadiite为填料,采用熔融共混法制备了聚丙烯/magadiite复合材料,并对其结构和性能进行了表征。结果表明,PP分子链插入到了改性后的magadiite层间,使magadiite的层板距离增加,形成了纳米级的复合材料,但PP大分子无法与纯magadiite形成纳米复合材料;magadiite的加入不影响PP的热稳定性,对PP熔点的影响也不大,但使PP的结晶温度明显提高。力学性能测试表明,所制备的复合材料性能有所改善。研究了magadiite对Zn2+的吸附性能,讨论了吸附剂用量、吸附时间、溶液pH值以及溶液初始浓度对吸附的影响,同时对吸附动力学和吸附热力学以及吸附机理进行了研究。结果表明,Zn2+的去除率随着magadiite投加量、吸附时间和溶液pH值的增加而增加,随着溶液初始浓度的增加而降低。伪二阶动力学模型和Langmuir模型更适合描述magadiite对Zn2+的吸附过程。离子交换作用、表面络合作用和物理吸附作用同时存在于magadiite对Zn2+吸附过程中。其中离子交换作用和表面络合作用起主要作用,物理吸附作用起辅助作用。
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