吸附性阳离子类型及测试方法对黏土矿物比表面积的影响

摘要

黏土中的矿物成分是影响甚至决定其物理化学性质最重要的因素，黏土矿物种类繁多，广西和云贵地区的红黏土中常见的黏土矿物主要有高岭石、伊利石、蒙脱石三类，红黏土的物理力学指标和水化性质随黏土矿物成分的不同变化较大。其中的比表面积（Specific Surface Area）是表征土壤的重要物理指标之一，可以反映土壤的水分运移、离子交换等水化能力和界限含水率、颗粒粒径大小等物理指标。本文选取亚甲基蓝法（MB法）和乙二醇乙醚法（EGME法），以高岭石、伊利-高岭石、蒙脱石三类黏土矿物为研究对象，分析了交换性阳离子类型和浓度对比表面积测试方法的影响，并使用X衍射分析技术和测定Zeta电位对其原因进行分析，主要研究结果如下：
　　（1）配置1mol/的KCl, NaCl, MgCl2和CaCl2溶液，使用这四种盐溶液将黏土矿物进行饱和，离心后干燥过筛，制成不同类型盐基黏土矿物。使用乙二醇乙醚法和亚甲基蓝法测定制得土样的比表面积，结果发现阳离子类型及测试方法对蒙脱石比表面积测试值有明显影响。使用亚甲基蓝法所测比表面积值，按影响能力的大小顺序为Na+＞Mg2+＞Ca2+＞K+；使用乙二醇乙醚法测得的比表面积值按阳离子影响能力大小排序为Ca2+＞Mg2+＞Na+＞K+。盐溶液处理对伊利-高岭石影响较小，高岭石的比表面积变化最小。
　　（2）对于经过盐溶液处理的蒙脱石土样，与原状样相比其比表面积值均减小。对其进行 X衍射实验，发现蒙脱石晶层扩张情况随着不同盐溶液的处理而不同，一般地扩张顺序为Ca2+＞Mg2+＞Na+＞K+，与乙二醇乙醚吸附法所测比表面积变化顺序相符合；但是晶层扩张情况与亚甲基蓝法相差较大。对于两种方法，经过K+的蒙脱石比表面积值均最小，通过HighScore软件分析可以得到K+处理蒙脱石矿物发生一定的变性，变为伊利-蒙脱混层矿物。
　　（3）对于使用亚甲基蓝法所测蒙脱石比表面积，实验的工作状态为悬液，不能只从干粉样的X衍射结果角度解释测试结果。通过逐渐增大蒙脱石含水率，对其进行 X衍射，发现水对晶层扩展有不可忽视的作用。在亚甲基蓝法的悬液测试状态下，蒙脱石晶层充分扩展，晶层扩张理论不足以解释比表面积大小顺序。
　　（4）将亚甲基蓝法测试方法中的蒸馏水换为不同浓度的阳离子溶液，测定阳离子浓度对比表面积测试方法的影响。蒙脱石在浓度越高的盐溶液中实测比表面积越小，浓度对测试方法的影响实质上是对亚甲基蓝吸附效果的影响。
　　（5）柳州土属于桂北地区典型红黏土，其含有的黏土矿物为高岭石和部分伊利石，黏土比表面积与其液限含水率有一定的对应关系，阳离子对红土界限含水率有一定影响，而比表面积值也随之变化，但变化范围不大，进一步证明黏土矿物种类对测试有很大程度的影响。

目录

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第一章 绪论

1.1课题研究的背景及意义

1.2土壤比表面积的研究概况

1.3阳离子对黏土矿物的比表面积影响

1.4本文主要研究内容

第二章 比表面积测定方法及黏土矿物特点

2.1比表面积测定方法介绍

2.2黏土矿物分类

2.2.2蒙脱石类晶层结构

2.3红黏土中的黏土矿物形成

第三章 阳离子类型对比表面积的影响

3.1测定比表面积

3.2 X衍射实验

3.3蒙脱石含水量对X衍射的影响

3.4 K基蒙脱石变性分析

3.5本章小结

第四章 阳离子浓度对比表面积的影响

4.1阳离子浓度对比表面积的影响

4.2阳离子浓度对黏土矿物Zeta电位影响

4.2.1实验方法

4.2.2结果及分析

4.3本章小结

第五章 阳离子对柳州土的液限和SSA的影响

5.1土壤液限与比表面积关系

5.2实验材料

5.2实验方法

5.3 实验结果及讨论

5.4本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1全文总结

6.2展望

参考文献

致谢

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