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摘 要：膨润土具有优良的物化性能，同时资源丰富，价格低廉，国内外有关科技人员对其改性的方法和技术进行了大量的研究。本文主要针对膨润土加碱进行钠化改型以及加酸进行活化处理的机理方面进行了探讨。
关键词：膨润土 酸化 碱化 作用机理
膨润土具有优良的物理及化学性能，同时资源丰富，价格低廉，目前国内外相关科技人员对其改性的方法和技术进行了大量的研究。在膨润土的提纯，钙基膨润土的钠化和活性白土、锂基膨润土的制备，各种有机膨润土的制备，膨润土催化剂的制备，用膨润土制备白炭黑等各种膨润土改性的方法和技术，以及交联柱撑粘土材料的制备和有机-无机纳米复合材料的制备等方面都有一定的进展[1]。
膨润土主要成分是蒙脱石，是一种含水的层状硅铝酸盐矿物，成分为2：1型的三层粘土矿物，其结构单元层组成为两层硅氧四面体中间夹一层铝氧八面体构成，两个单元层之间以分子间作用力相连结。
一、蒙脱石表面荷电原因
每个晶层由于类质同象作用，部分Al3+被Mg2+替代，Si4+被Al3+替代而导致晶面带负电荷，这种电负性不受所处水介质的pH的影响，在绝大多数情况下均保持电负性，是蒙脱石电负性的主要方面；当膨润土遇水时，蒙脱石晶层四面体上的Si-O键以及八面体上的Al-O键在水介质中会发生断裂，造成破键现象，这种情况体现在蒙脱石晶层端面上，破键会吸附一定的离子，当处在酸性介质中破键吸附H+而使端面带正电荷，处在碱性介质中，端面则带负电荷；蒙脱石八面体晶片在水介质中可以离解出Al3+和OH-从而使端面产生电荷，在酸性介质中，OH-的离解占优势，使蒙脱石端面荷正电，而在碱性介质中，Al3+的离解占优势，使蒙脱石端面荷负电[2]。
由于蒙脱石端面的面积在总面积中所占比例很小，所以离子吸附作用和晶层的离解作用产生的端面电荷在总电荷中的比例也很小，但是端面电荷的改变对蒙脱石的改型，改性，以及胶体性质和流变性质的影响极大，不能忽视。
二、膨润土碱化
钠基膨润土比钙基膨润土的性能优越，主要表现在：钠基膨润土吸水速度慢，但吸水率和膨胀倍数大，最大吸水量为其体积的8～15倍，膨胀倍数从几倍到30余倍，阳离子交换量高，在水中分散性好，胶质价高，并且悬浮性、触变性、热稳定性、粘接性、可塑性较好，吸水强度、干压强度、热湿拉强度也较高。所以，钠基膨润土比钙基膨润上经济价值高，工业上常将钙土加碱钠化制备钠土[1]。
1.碱化机理
蒙脱石的层面带电情况不受介质酸碱性的影响，是蒙脱石电负性的主要方面，而端面带电情况则与介质pH有关。在加碱钠化的过程中，系统处于碱性环境下，蒙脱石端面由于Al-O键及Si-O键的破键，对介质中离子的吸附作用而带有负电性，此时带有相同负电的层面与端面互相排斥，使晶层分散，宏观表现出膨润土的分散性增强，但持续增加碱的用量，则会因为阳离子浓度增大而导致双电层压缩，反而降低其分散效果。
Ca-蒙脱石+2Na+ 2Na—蒙脱石+Ca2+
在碱性分散状态下，加入的Na+浓度如果满足上述可逆式，使可逆反应正向进行，则可以对钙基膨润土进行钠化改型，得到钠基膨润土。加碱后蒙脱石晶层分散情况可简化如图1：
三、膨润土酸化
活性白土是以膨润土为原料，经加酸活化处理制成的吸附剂，广泛用于矿物油、动植物油脂、制蜡及有机液体的脱色精制，用作无碳复写纸显色剂、干燥剂、内服药物碱解毒剂、润滑油重合接触剂、汽油精制剂等，还可用作中温聚合催化剂、高温聚合剂和制造颗粒活性白土的原料等，在我国的经济生产中起着十分重要的作用。
1.酸化机理
膨润土加酸活化处理之后，通过调节蒙脱石晶层端面电荷正负，利用蒙脱石在酸性条件下，晶层端面带有正电荷，层面带有负电荷，不同电性的底面与端面互相静电吸引，形成“工”字形结构。加酸之后蒙脱石晶层分布状态简化如图2：
经过酸化处理的膨润土主要利用其“工”字形疏松多孔的结构，以及蒙脱石自身的大比表面积对有机质进行吸附，也有资料解释[3]，酸活化膨润土就是利用膨润土中蒙脱石层间具有可交换性的Na+、Ca2+等阳离子，在强酸性溶液中，被H+部分或全部置换而得到比表面积更大和吸附性更强的活性白土。
四、结束语
我国膨润土资源丰富，全国各地有膨润土矿产的地区均不同程度的开采和开发生产膨润土产品，膨润土的开发利用不仅使原先用于铸造型砂粘结剂及油脂脱色活性白土的产量大增，而且向钻井、石化、日用化工、油漆油墨、纺织、养殖、建筑、食品……等工业中开拓新的应用领域。但是用途广泛的膨润土，由于对矿物的基础理论缺乏研究，如涉及矿物结构的有序度，多面体同晶置换的离子类别及数量、补偿负电荷的层间阳离子种类，以及电荷密度的表面电荷、层电荷以及其分布状态等。因此我国膨润土开发利用水平较低，缺少科学依据，盲目性大，故难以物尽其用，直接影响到我国膨润土资源优势的发挥[4]。因此，在膨润土产品的开发和利用过程中，扩大生产的同时，对其每种产品的机理研究是必要的，只有充分研究膨润土矿物组成和矿物结构，了解其物理、化学性能，确定最佳应用领域，这样才能使我国的膨润土资源得到充分的利用。
参考文献
[1]温佩， 武文洁， 赵立辉. 膨润土的改性及应用研究进展[J]. 化工技术与开发， 2008， 37（2）：27-31.
[2]荣葵一 宋秀敏. 非金属矿物与岩石材料工艺学[M].
[3]杨志勤.活性白土生产再探[J].非金属矿，1994，（5）：30-33.
[4]浙江省地质矿产研究所. 中国膨润土矿物结构、电荷特性 与应用专属性研究 [R]. ， 2001年8月.
关键词：膨润土 酸化 碱化 作用机理
膨润土具有优良的物理及化学性能，同时资源丰富，价格低廉，目前国内外相关科技人员对其改性的方法和技术进行了大量的研究。在膨润土的提纯，钙基膨润土的钠化和活性白土、锂基膨润土的制备，各种有机膨润土的制备，膨润土催化剂的制备，用膨润土制备白炭黑等各种膨润土改性的方法和技术，以及交联柱撑粘土材料的制备和有机-无机纳米复合材料的制备等方面都有一定的进展[1]。
膨润土主要成分是蒙脱石，是一种含水的层状硅铝酸盐矿物，成分为2：1型的三层粘土矿物，其结构单元层组成为两层硅氧四面体中间夹一层铝氧八面体构成，两个单元层之间以分子间作用力相连结。
一、蒙脱石表面荷电原因
每个晶层由于类质同象作用，部分Al3+被Mg2+替代，Si4+被Al3+替代而导致晶面带负电荷，这种电负性不受所处水介质的pH的影响，在绝大多数情况下均保持电负性，是蒙脱石电负性的主要方面；当膨润土遇水时，蒙脱石晶层四面体上的Si-O键以及八面体上的Al-O键在水介质中会发生断裂，造成破键现象，这种情况体现在蒙脱石晶层端面上，破键会吸附一定的离子，当处在酸性介质中破键吸附H+而使端面带正电荷，处在碱性介质中，端面则带负电荷；蒙脱石八面体晶片在水介质中可以离解出Al3+和OH-从而使端面产生电荷，在酸性介质中，OH-的离解占优势，使蒙脱石端面荷正电，而在碱性介质中，Al3+的离解占优势，使蒙脱石端面荷负电[2]。
由于蒙脱石端面的面积在总面积中所占比例很小，所以离子吸附作用和晶层的离解作用产生的端面电荷在总电荷中的比例也很小，但是端面电荷的改变对蒙脱石的改型，改性，以及胶体性质和流变性质的影响极大，不能忽视。
二、膨润土碱化
钠基膨润土比钙基膨润土的性能优越，主要表现在：钠基膨润土吸水速度慢，但吸水率和膨胀倍数大，最大吸水量为其体积的8～15倍，膨胀倍数从几倍到30余倍，阳离子交换量高，在水中分散性好，胶质价高，并且悬浮性、触变性、热稳定性、粘接性、可塑性较好，吸水强度、干压强度、热湿拉强度也较高。所以，钠基膨润土比钙基膨润上经济价值高，工业上常将钙土加碱钠化制备钠土[1]。
1.碱化机理
蒙脱石的层面带电情况不受介质酸碱性的影响，是蒙脱石电负性的主要方面，而端面带电情况则与介质pH有关。在加碱钠化的过程中，系统处于碱性环境下，蒙脱石端面由于Al-O键及Si-O键的破键，对介质中离子的吸附作用而带有负电性，此时带有相同负电的层面与端面互相排斥，使晶层分散，宏观表现出膨润土的分散性增强，但持续增加碱的用量，则会因为阳离子浓度增大而导致双电层压缩，反而降低其分散效果。
Ca-蒙脱石+2Na+ 2Na—蒙脱石+Ca2+
在碱性分散状态下，加入的Na+浓度如果满足上述可逆式，使可逆反应正向进行，则可以对钙基膨润土进行钠化改型，得到钠基膨润土。加碱后蒙脱石晶层分散情况可简化如图1：
三、膨润土酸化
活性白土是以膨润土为原料，经加酸活化处理制成的吸附剂，广泛用于矿物油、动植物油脂、制蜡及有机液体的脱色精制，用作无碳复写纸显色剂、干燥剂、内服药物碱解毒剂、润滑油重合接触剂、汽油精制剂等，还可用作中温聚合催化剂、高温聚合剂和制造颗粒活性白土的原料等，在我国的经济生产中起着十分重要的作用。
1.酸化机理
膨润土加酸活化处理之后，通过调节蒙脱石晶层端面电荷正负，利用蒙脱石在酸性条件下，晶层端面带有正电荷，层面带有负电荷，不同电性的底面与端面互相静电吸引，形成“工”字形结构。加酸之后蒙脱石晶层分布状态简化如图2：
经过酸化处理的膨润土主要利用其“工”字形疏松多孔的结构，以及蒙脱石自身的大比表面积对有机质进行吸附，也有资料解释[3]，酸活化膨润土就是利用膨润土中蒙脱石层间具有可交换性的Na+、Ca2+等阳离子，在强酸性溶液中，被H+部分或全部置换而得到比表面积更大和吸附性更强的活性白土。
四、结束语
我国膨润土资源丰富，全国各地有膨润土矿产的地区均不同程度的开采和开发生产膨润土产品，膨润土的开发利用不仅使原先用于铸造型砂粘结剂及油脂脱色活性白土的产量大增，而且向钻井、石化、日用化工、油漆油墨、纺织、养殖、建筑、食品……等工业中开拓新的应用领域。但是用途广泛的膨润土，由于对矿物的基础理论缺乏研究，如涉及矿物结构的有序度，多面体同晶置换的离子类别及数量、补偿负电荷的层间阳离子种类，以及电荷密度的表面电荷、层电荷以及其分布状态等。因此我国膨润土开发利用水平较低，缺少科学依据，盲目性大，故难以物尽其用，直接影响到我国膨润土资源优势的发挥[4]。因此，在膨润土产品的开发和利用过程中，扩大生产的同时，对其每种产品的机理研究是必要的，只有充分研究膨润土矿物组成和矿物结构，了解其物理、化学性能，确定最佳应用领域，这样才能使我国的膨润土资源得到充分的利用。
参考文献
[1]温佩， 武文洁， 赵立辉. 膨润土的改性及应用研究进展[J]. 化工技术与开发， 2008， 37（2）：27-31.
[2]荣葵一 宋秀敏. 非金属矿物与岩石材料工艺学[M].
[3]杨志勤.活性白土生产再探[J].非金属矿，1994，（5）：30-33.
[4]浙江省地质矿产研究所. 中国膨润土矿物结构、电荷特性 与应用专属性研究 [R]. ， 2001年8月.