CN104591199A - 一种复配表面活性剂改性蒙脱土的方法以及制备的改性蒙脱土 - Google Patents
一种复配表面活性剂改性蒙脱土的方法以及制备的改性蒙脱土 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种复配表面活性剂改性蒙脱土的方法以及制备的改性蒙脱土，该方法具体步骤如下：将钠基蒙脱土分散于去离子水中，配成质量浓度为0.2～1.0％的蒙脱土悬浮液，在室温下充分搅拌均匀，然后加入双子表面活性剂，升温至60～90℃搅拌均匀，接着加入十二烷基硫酸钠，继续在70～80℃下充分搅拌均匀，然后将悬浮液过滤、洗涤、干燥，然后研磨，密封得到复配表面活性剂改性蒙脱土，XRD测量表明，与单一表面活性剂相比，复配表面活性剂体系能更有效地扩大蒙脱土的层间距，达3.75nm。
Description
技术领域
本发明涉及一种改性蒙脱土的方法，具体涉及一种复配表面活性剂改性蒙脱土的方法以及制备的改性蒙脱土。
背景技术
蒙脱土是一种土状矿物，其晶体结构中的晶胞是由两层硅氧四面体中间夹一层铝氧八面体构成，属2:1型层状硅酸盐。这种特殊的晶体结构赋予蒙脱土独特的性质，如表面极性大、阳离子交换能力强、层间表面含水等，广泛用于废水处理，环境修复，抗菌材料，催化等。但是，蒙脱土层间有大量无机离子而表现出亲水疏油性，不利于其在聚合物基体中的分散，因此要对蒙脱土进行有机改性。进行有机改性的目的旨在改变蒙脱土表面的高极性，使蒙脱土层间由亲水性转变为亲油性，降低其表面能，同时使蒙脱土的层间距增大(天然钠基蒙脱土的层间距仅1.2nm左右)，具有更好的稳定性、分散性及吸附性能，使得高分子链或单体进入层间，从而制备出纳米复合材料。
使用表面活性剂对蒙脱土改性是一种常见的有机改性方式，常用的表面活性剂有阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂以及非离子表面活性剂。目前有机蒙脱土主要是以十二烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基二甲基氯化铵等传统的单链表面活性剂作为改性剂，在60～80℃下反应近10h才可得到。其反应时间长，重复性差，且改性剂需求量大，改性后的蒙脱土层间距小等不利因素限制了有机蒙脱土的工业生产与应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的不足，提供一种采用复配表面活性剂改性蒙脱土的方法以及由此制备的改性蒙脱土。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
提供一种复配表面活性剂改性蒙脱土的方法，其特征在于，具体步骤如下：将钠基蒙脱土分散于去离子水中，配成质量浓度为0.2～1.0％的蒙脱土悬浮液，在室温下充分搅拌均匀，然后加入双子表面活性剂，升温至60～90℃搅拌均匀，接着加入十二烷基硫酸钠(SDS)，继续在70～80℃下充分搅拌均匀，然后将悬浮液过滤、洗涤、干燥，然后研磨，密封得到复配表面活性剂改性蒙脱土，
所述双子表面活性剂分子结构式如下：
按上述方案，所述钠基蒙脱土的阳离子交换容量为80～120meq/100g。
按上述方案，双子表面活性剂在蒙脱土悬浮液中的浓度为0.001～0.01mol/L。
按上述方案，所述60～90℃搅拌时间为2～3h。
按上述方案，所述十二烷基硫酸钠与双子表面活性剂的摩尔比为0.1～1:1。
优选的是，SDS与双子表面活性剂的摩尔比为0.5：1。
按上述方案，所述70～80℃搅拌时间为3～5h。
按上述方案，所述洗涤、干燥条件为依次用去离子水和无水乙醇洗涤2～4次，并于70～80℃干燥12～24h。
本发明还提供了根据上述方法制备的改性蒙脱土，其层间距为1.92～3.75nm。
本发明的原理在于：双子表面活性剂的阳离子先与蒙脱土层间的阳离子进行交换，然后加入SDS，通过层间阳离子的静电吸引和疏水烷基在水中的凝聚力，使SDS进入蒙脱土层间，从而使层间距进一步加大。
本发明的有益效果在于：本发明以钠基蒙脱土为原料，以自主合成的双子表面活性剂和SDS复配体系为插层剂，表现出很好的插层效果，进一步加大了蒙脱土的层间距。由此，本发明将有机物引入层间制得有机蒙脱土，使其表面疏水化，具有较好的膨胀性能，同时改善了无机物蒙脱土的界面极性和化学微环境，形成了可以接纳较大有机分子和基团的大孔径的复合材料，拓宽了蒙脱土的使用范围。
本发明制备工艺简单，易于操作，成本低廉，重复性好，便于工业生产及推广应用。
附图说明
图1为本发明对比例1-2以及实施例1-4所制备的改性蒙脱土的XRD谱图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
本发明实施例及对比例所用钠基蒙脱土的阳离子交换容量为80～120meq/100g，所用双子表面活性剂分子结构式如下：
对比例1
将0.8g钠基蒙脱土置于100mL圆底烧瓶中，加入100mL去离子水，搅拌1小时，然后加入0.72mmol(622mg)的双子表面活性剂，在75℃的水温下剧烈搅拌4小时，然后过滤，将分离出的固体依次用50mL去离子水和50mL无水乙醇洗涤2次，所得固体于70℃下干燥12h，然后研磨，密封得到双子表面活性剂单独改性蒙脱土。用XRD测得该改性蒙脱土的层间距为2.51nm，XRD图如图1中曲线e所示。
对比例2
将0.8g钠基蒙脱土在20mLpH值为3的盐酸溶液中搅拌1小时，温度控制在75℃，接着再加入0.72mmol(207.64mg)SDS，继续在75℃下剧烈搅拌4小时，然后过滤，将分离出的固体依次用50mL去离子水和50mL无水乙醇洗涤2次，所得固体于70℃下干燥12h，然后研磨，密封得到SDS单独改性蒙脱土。用XRD测得该改性蒙脱土的层间距为1.49nm，XRD图如图1中曲线f所示。
实施例1
将0.8g钠基蒙脱土分散在100mL去离子水中，配成均匀的蒙脱土悬浮液，在室温下搅拌12h，配成均匀的悬浮液，然后加入0.72mmol的双子表面活性剂，在75℃的温度下剧烈搅拌2小时，接着加入0.072mmol(20.76mg)SDS，继续在75℃下剧烈搅拌4小时，将悬浮液过滤，将分离出的改性蒙脱土依次用50mL去离子水和50mL无水乙醇洗涤3次，所得固体于70℃下干燥18h，然后研磨，密封得到复配表面活性剂改性蒙脱土。用XRD测得该改性蒙脱土的层间距为2.57nm，XRD图如图1中曲线a所示。
实施例2
将0.8g钠基蒙脱土分散在80mL去离子水中，配成均匀的蒙脱土悬浮液，在室温下搅拌12h，配成均匀的悬浮液，然后加入0.72mmol的双子表面活性剂，在60℃的温度下剧烈搅拌3小时，接着加入0.144mmol(41.54mg)SDS，继续在70℃下剧烈搅拌5小时，将悬浮液过滤，将分离出的改性蒙脱土依次用50mL去离子水和50mL无水乙醇洗涤3次，所得固体于70℃下干燥18h，然后研磨，密封得到复配表面活性剂改性蒙脱土。用XRD测得该改性蒙脱土的层间距为2.61nm，XRD图如图1中曲线b所示。
实施例3
将0.8g钠基蒙脱土分散在100mL去离子水中，配成均匀的蒙脱土悬浮液，在室温下搅拌12h，配成均匀的悬浮液，然后加入0.72mmol的双子表面活性剂，在75℃的温度下剧烈搅拌2小时，接着加入0.36mmol(103.82mg)SDS，继续在75℃下剧烈搅拌4小时，将悬浮液过滤，将分离出的改性蒙脱土依次用50mL去离子水和50mL无水乙醇洗涤4次，所得固体于70℃下干燥24h，然后研磨，密封得到复配表面活性剂改性蒙脱土。用XRD测得该改性蒙脱土的层间距为3.75nm，XRD图如图1曲线c所示。
实施例4
将0.8g钠基蒙脱土分散在400mL去离子水中，配成均匀的蒙脱土悬浮液，在室温下搅拌12h，配成均匀的悬浮液，然后加入0.72mmol的双子表面活性剂，在90℃的温度下剧烈搅拌2小时，接着加入0.72mmol(207.64mg)SDS，继续在80℃下剧烈搅拌3小时，将悬浮液过滤，将分离出的改性蒙脱土依次用50mL去离子水和50mL无水乙醇洗涤2次，所得固体于80℃下干燥12h，然后研磨，密封得到复配表面活性剂改性蒙脱土。用XRD测得该改性蒙脱土的层间距为1.92nm，XRD图如图1中曲线d所示。
如图1所示为本发明对比例1-2以及实施例1-4所制备的改性蒙脱土的XRD谱图，由图可看出，采用单一表面活性剂对蒙脱土进行改性时，所得改性蒙脱土的层间距为1.49nm或2.51nm，有较小改变，相对于天然钠基蒙脱土的层间距(1.2nm左右)改性效果并不显著，而采用复配表面活性剂改性后，蒙脱土的d001的衍射峰向更低的2θ值转变，这意味着表面活性剂嵌入了蒙脱土中间层，导致其发生膨胀，层间距可达3.75nm，说明复配体系能更有效地扩大蒙脱土的层间距。
另外，由图可看出，曲线d中改性蒙脱土的层间距比SDS改性蒙脱土的层间距大(曲线f)，但是反而比单独使用Gemini活性剂改性蒙脱土的层间距小(曲线e)，主要原因是表面活性剂复配比例不合适所致，采用适量的阴离子表面活性剂SDS可随阳离子表面活性剂(双子表面活性剂)进入蒙脱土，增大蒙脱土层间距，但随着阴离子表面活性剂用量增大，阴-阳离子表面活性剂间的中和作用要比其与蒙脱土间的离子交换作用要大，阴、阳离子表面活性剂复配比例按摩尔比超出1:1时，多余的SDS就与双子表面活性剂产生沉淀，导致层间双子表面活性剂的流失，蒙脱土层间距反而会减小。优选的比例是SDS:双子表面活性剂摩尔比为0.5:1。
Claims (8)
1.一种复配表面活性剂改性蒙脱土的方法，其特征在于，具体步骤如下：将钠基蒙脱土分散于去离子水中，配成质量浓度为0.2～1.0％的蒙脱土悬浮液，在室温下充分搅拌均匀，然后加入双子表面活性剂，升温至60～90℃搅拌均匀，接着加入十二烷基硫酸钠，继续在70～80℃下充分搅拌均匀，然后将悬浮液过滤、洗涤、干燥，然后研磨，密封得到复配表面活性剂改性蒙脱土，所述双子表面活性剂分子结构式如下：
2.根据权利要求1所述的复配表面活性剂改性蒙脱土的方法，其特征在于，所述钠基蒙脱土的阳离子交换容量为80～120meq/100g。
3.根据权利要求1所述的复配表面活性剂改性蒙脱土的方法，其特征在于，所述双子表面活性剂在蒙脱土悬浮液中的浓度为0.001～0.01mol/L。
4.根据权利要求1所述的复配表面活性剂改性蒙脱土的方法，其特征在于，所述60～90℃搅拌时间为2～3h。
5.根据权利要求1所述的复配表面活性剂改性蒙脱土的方法，其特征在于，所述十二烷基硫酸钠与双子表面活性剂的摩尔比为0.1～1:1。
6.据权利要求1所述的复配表面活性剂改性蒙脱土的方法，其特征在于，所述70～80℃搅拌时间为3～5h。
7.根据权利要求1所述的复配表面活性剂改性蒙脱土的方法，其特征在于，所述洗涤、干燥条件为依次用去离子水和无水乙醇洗涤2～4次，并于70～80℃干燥12～24h。
8.一种权利要求1-7任一所述方法制备的改性蒙脱土，其特征在于：层间距为1.92～3.75nm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150506 |