技术高岭土4大改性技术及研究进展
高岭土应用广泛，随着科学技术的不断革新，各行各业对高岭土的各项指标都有了更高的要求，特别是造纸、涂料、橡胶等行业对高品质高岭土的需求不断增加。对高岭土进行改性可以改变其表面的理化性质，进而提升其附加值，以满足现代新工艺、新技术及新材料方面的需求。目前常用的改性方法有煅烧改性、酸碱改性、磨剥细化处理以及插层剥离改性等方法。 1、煅烧改性 煅烧改性是高岭土行业最常用也是最成熟的改性方法，特别是对于煤系高岭土，煅烧改性能去除其中的有机质进而得到高白度、高质量的高岭土产品。影响高岭土煅烧品质的因素众多，原料品质、原料粒度、煅烧制度、煅烧气氛以及添加剂的选择都对煅烧高岭土的品质有重大的影响。 对高岭土进行煅烧会使其晶体结构发生一定的转变，低温煅烧下，高岭土中部分有机质及物理吸附水逐渐脱离，煅烧至~℃时，高岭土脱羟基，晶体结构破坏，成无定形化，层状结构坍塌，比表面积增大，活性也相应提升，这个温度阶段煅烧得到高岭土称为偏高岭土。煅烧温度达到℃左右时高岭石发生相转变，生成铝硅尖晶石结构；煅烧至℃以上时发生莫来石转变。 各个煅烧温度的高岭土产品都有广泛的应用，低温煅烧得到的偏高岭土用作水泥添加剂，发挥其火山灰活性，增加混凝土强度、抗渗性和耐腐蚀性，因其具有较大的比表面积而被作吸附剂，吸附重金属离子及有机污染物；高岭土高温煅烧产品基本都形成强度较大的莫来石，常被用来制造石油压裂支撑剂。 近年来有学者发现通过微波快速升温能有效地提升煤系高岭土的比表面积，相较传统煅烧工艺更加高效节能，也有学者通过微波煅烧的方式以煤系高岭土为原料合成了13X型分子筛，大大提升了高岭土的活性，进一步提高了高岭土的吸附性。 2、酸碱改性 对高岭土进行酸碱改性能有效地改善粉体表面的吸附性和反应活性。王玉飞分别用盐酸、氢氧化钠对煅烧煤系高岭土进行改性，得出了吸油值最佳时所对应的处理条件，由于高岭土煅烧处理后形成了具有酸反应活性的四面体Al，盐酸改性后高岭土中的Al元素浸出，极大地丰富了高岭土的孔道结构；氢氧化钠改性能浸出煅烧高岭土中的Si元素，使小孔结构增加，这是因为煅烧处理后高岭土中的一部分SiO2转化为游离的SiO2，易于与碱性物质发生反应。酸改性中高岭土中的金属氧化物杂质浸出，也能使高岭土孔道丰富，进一步提升其孔径、粒度分布、比表面积等重要性能参数。随碱处理时间的增加，煅烧煤系高岭土孔径分布变宽，比表面积减小、孔体积增加，裂化活性和裂化选择性提高。 3、插层/剥离改性 对高岭土进行插层剥离改性，制备超微细粉体是提升高岭土品质的一个重要的手段，对提升高岭土可塑性、白度、易分散性以及吸附性有着重要的意义。高岭土结构是由硅氧四面体和铝氧八面体周期性重复排列，缺乏膨胀性，较难与有机物发生插层反应，只有少数分子量小、极性较强的有机小分子才能插入到高岭土层间，如甲酰胺、醋酸钾、二甲基亚砜以及尿素等。常见的高岭土插层复合物的制备方法有浸渍法、机械搅拌法、超声法以及微波诱导的方法，插层处理能使高岭土的层间距从0.72nm扩大到1.12nm左右。对于一些不能直接发生插层反应的有机物还需进行两步置换插层或是三步插层才能将其有效插入高岭土分子层间，将高岭土层结构撑开。一般是将一种极性小分子插入其中作为前置物，然后通过超声波辅助或高温高压的方式将大分子与小分子进行置换，进而将高岭土剥离开来。 Li等人以张家口高岭土为原料，利用超声波辅助剥离，促进CTAC插入高岭土层间，形成了高岭土纳米卷，层间距约3.9nm，其比表面积较原土增加了10倍。Xu等人以高岭土/DMSO插层复合物为前驱体在℃进行溶剂热反应，使CTAC插入高岭土层间，也制备得到“高岭土纳米管”。 4、磨剥处理 高岭土的粒度是一个重要的指标，在造纸填料涂料行业，剥片后的高岭土涂覆在纸张的表层，这些薄片状高岭土相互交错、叠加并平行于纸张的表面，纸张就会更光滑，更白、更亮，且印刷后墨水不会产生水印等效果。 常用的高岭土磨剥方法有干法超细粉碎、湿法研磨、挤压以及化学浸泡等。干法粉碎一般是将高岭土原料在气流粉碎机、旋风自磨机、高速机械冲击式超细粉磨机以及振动磨中进行粉磨，为了控制粒度品级，一般还需进行分级等工序。研磨法是借助研磨介质与物料进行相对运动，对高岭土颗粒进行剪切、冲击以及磨剥作用，使其沿层间剥离成超微细颗粒。挤压法是用高压均浆机将高岭土浆料高速磨挤喷出，使其晶体叠层产生松动，从而沿层间剥离。化学浸泡法是用化学药剂破坏高岭土中以氢键结合的晶体面，使其层间结合力减弱进而将晶体片剥离，原理等同于高岭土插层处理。 程宏飞等人采用插层与机械磨剥相结合的方法成功制备出粒度近于1μm的煤系高岭土片层材料，通过粒度测试和扫描电镜对插层-磨剥过程中引起粒度变化的影响因素进行了分析，研究表明：应该选择较为合适的磨剥时间(2h)，并非时间越长效果越好；当介质球直径以(0.8~1.2mm):(1.5~2.0mm):(2.0~2.5mm)=3:2:1的比例混合时磨剥效果最佳，对煤系高岭土中高岭石晶形的破坏较小。 Tang等人研究评估了干磨对由高岭土制备的二氧化硅材料的理化性质的影响，由二氧化硅的X射线衍射数据计算出的非晶化程度随研磨时间的增加而增加，形态和结构研究表明，高岭土残留物的晶体结构在研磨过程中被破坏，浸出样品的SiO2含量随研磨时间而变化，最大值在92%以上。研磨使得二氧化硅的表面积增加至.84m2/g，但又随研磨时间的延长而减小，研磨引起的结构破坏被认为是提高浸出行为和改善SiO2含量和多孔性的主要原因。 资料来源：《张涛.超声波辅助改性煅烧煤系高岭土及其吸油性能研究[D].太原理工大学,》，由编辑整理，转载请注明出处！
