蒙脱石的剥离分散行为及其结构、性能变化
赵子豪1,2，孙红娟1,2，彭同江1,2，杨梦娜1,2
(1. 西南科技大学，固体废物资源化教育部重点实验室，四川 绵阳 621010；
2. 西南科技大学，矿物材料及应用研究所，四川 绵阳 621010)
摘 要：通过无机改性及超声等手段对两种不同属性的蒙脱石进行分散剥离。结果表明：天然钠基蒙脱石拥有更加优异的水化剥离分散性，蒙脱石片层吸水后发生膨胀、剥离，为胶体粒子；在脱水过程中晶层再次凝聚，形成蒙脱石定向性层状集合体，衍射峰的d 值产生了相应的变化；蒙脱石颗粒大小的变化导致内应力发生改变，产生了红外特征峰红移；蒙脱石溶胶分散性较好，通过调节pH 值可以实现胶体的凝聚沉降，当pH=11 时，分散体系最稳定，且长时间不发生凝聚。
关键词：蒙脱石；剥离分散；凝聚过程；胶体；红移
中图分类号：P575；O766 文献标志码：A
文章编号：0454–5648(2018)05–0739–07
网络出版时间：2018–02–23
收稿日期：2017–10–12。修订日期：2017–11–08。
基金项目：国家自然科学基金(41372052)资助项目。
第一作者：赵子豪(1992—)，男，硕士研究生。
通信作者：孙红娟(1976—)，女，博士，教授。
前言
蒙脱石是一种2:1 型二八面体结构层状硅酸盐矿物，其结构层是由两层Si—O 四面体片夹一层Al—O(OH)八面体片组合而成。结构层之间含有可交换的水化阳离子层，其中水分子可以被其他的极性分子交换，而阳离子同样可以被其他无机、有机阳离子交换。蒙脱石的层间水含量随环境湿度的增加而增加，吸水后层间域变大，晶层发生膨胀，通过插入无机或有机物也可使层间域变大，达到对结构层的剥离[1]。
蒙脱石独特的层状结构使其具有剥离成单层蒙脱石纳米片层的可能性。蒙脱石经剥离分散后可制备高附加值的材料，如凝胶材料[2–3]、纳米复合材料[4–5]、柱撑型分子筛[6–7]等。利用蒙脱石在水中的剥离分散性对蒙脱石纳米复合材料的研究较多，通过插层或插入的单体在层间聚合可使蒙脱石片层达到纳米级分散，从而制备无机-有机蒙脱石纳米复合材料、无机柱撑型蒙脱石[8–11]等，但对于不同类型蒙脱石的剥离分散与再凝聚的规律性研究较少。由于蒙脱石结构上的特点使其具有优异的粘结性、膨胀性、吸附性和离子交换性，可广泛用于铸造、冶金、化工、石油等领域。而剥离分散后的蒙脱石片由于比表面积增加，拥有更优异的胶体性、触变性和流变性等。因此，对研究蒙脱石水化剥离分散特征，对于蒙脱石凝胶及其有机或无机复合材料的制备和应用有重要意义。
采用四川三台膨润土和新疆夏子街膨润土样品进行剥离分散实验，通过对比探讨影响蒙脱石片层剥离分散的因素，以获得制备无机剥离型蒙脱石凝胶的方法和优化工艺技术条件；通过探讨蒙脱石片层剥离分散的结构变化规律，揭示蒙脱石水化分散剥离过程中层间结构的变化和层离规律之间相关性。
结论
1) 蒙脱石吸水后晶层发生膨胀、剥离，衍射谱表现为胶体粒子的衍射特征；脱水时分散后的晶层发生凝聚，凝聚的晶层叠置后所产生的衍射谱与原始未分散的蒙脱石的衍射谱完全不同，表明剥离后蒙脱石片层的叠置仅仅是二维片状胶体粒子的凝聚。且天然钠基蒙脱石的剥离分散性优于人工钠基蒙脱石。
2) 由于晶层厚度减小，颗粒内部内应力增加，改性及超声后样品的光学吸收峰较原矿均发生不同程度的红移。
3) 制备出的蒙脱石分散液为纳米级分散的溶胶，表明经过超声后的样品分散性更优异。
4) 随着蒙脱石分散液pH 值的增大，分散体系的稳定性越好；pH=11 时，体系达到最稳定，且天然钠基土比改性土的分散稳定性更好。
5) 蒙脱石分散液在静置过程中，发生不同程度的凝聚沉降，pH 为8~11 时分散液可长时间保持良好的分散状态。而pH 为1~7 及12~14 时均发生沉降，XZJ 蒙脱石比ST 蒙脱石的沉降时间慢，说明天然钠基蒙脱石的分散性更好，抗凝聚性能更优异。
文中部分图表