表面活性剂诱导的胶体高岭石疏水团聚研究

摘要

高岭土是一种粘土矿物，所含矿石主要为高岭石。高岭石具有很小的粒度（＜2μm），导致它在水中的分散体系十分稳定，难以沉降分离，也使得许多含有高岭石的废液难以回收利用，不仅污染了环境还造成了水资源的浪费。本文针对这一难题，通过查阅文献得知在胶体高岭石的疏水团聚这一方面现今鲜有人研究，因此着眼于此对高岭石的诱导疏水团聚进行了研究。
　　 本文主要通过测量高岭石悬浮液透光率、聚团度、Zeta电位以及吸附量的方法研究了pH、NaCl和表面活性剂对胶体高岭石悬浮液稳定性的影响，同时还运用DLVO理论、扩展DLVO理论进行了计算，并用非均匀表面二阶段吸附模型对所得的十二烷胺(DDA)和油酸钠(SO)吸附等温线进行了模拟。
　　 胶体高岭石的电解质凝聚室验结果分析表明:本实验所用高岭石样品在pH＜5时颗粒发生凝聚且在IEP(pH=2.8)附近聚团度最大，为9.3％;pH＞5时悬浮液体系保持稳定。DLVO理论计算表明高岭石颗粒发生凝聚所需克服的能垒随pH的增大而增加。加入NaCl能促进高岭石颗粒的凝聚，随着NaCl的浓度增加，高岭石表面的双电层电位绝对值下降，颗粒之间的静电斥力及发生凝聚所需克服的能垒也随之降低。实验中所得NaCl对高岭石的临界凝聚浓度为10mmol/L。
　　 高岭石悬浮液的诱导疏水团聚实验结果分析表明:表面活性剂(DDA，SO)的加入能引起高岭石颗粒发生强烈的凝聚。其中DDA的效果要比SO好，DDA实验中所得的最大聚团度为43.45％而SO的为26.72％，另外DDA在全pH范围适用而SO只适用于低pH范围。表面活性剂诱导凝聚的原理主要是它们的极性端吸附在高岭石颗粒表面使颗粒表面诱导疏水化，进而在颗粒间产生了疏水作用力，大大降低了颗粒凝聚所需克服的能垒。DDA和SO在高岭石表面的吸附模式分别为双分子层吸附和单分子层吸附，pH增大对DDA的吸附有利而对SO有害，加入NaCl会压缩双电层不利于DDA的吸附。通过吸附模型计算发现DDA中的两个单层吸附等温线和SO的吸附等温线均为L型，而且都符合非均匀表面二阶段吸附模型。
　　 结合第三章和第四章的结果进行分析可知表面活性剂对高岭石颗粒的诱导疏水团聚效果要比pH和NaCl诱导产生的絮凝效果好。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 研究意义

1．2 高岭土的概述

1．2．1 高岭土的矿物学特征

1．2．2 高岭土资源概况

1．3 胶体高岭石的电动学

1．3．1 表面电荷

1．3．2 高岭石表面的双电层

1．3．3 高岭石颗粒的电动学

1．4 水溶液中胶体高岭石的聚团

1．4．1 电解质凝聚

1．4．2 高分子絮凝

1．4．3 疏水团聚

1．5 影响胶体高岭石分散体稳定性的主要因素

1．5．1 电解质凝聚

1．5．2 疏水团聚

1．5．3 水化膜

1．6 研究目的和内容

第二章 实验材料及研究方法

2．1 实验材料

2．1．1 钠化高岭石的制备

2．1．2 实验药剂

2．2 实验仪器

2．3 研究方法

2．3．1 聚团度研究

2．4．2 吸附量研究

2．4．3 比表面积测定

2．4．4 Zeta电位测定

2．4．5 接触角测定

2．4．6 颗粒间相互作用势能计算

2．4．7 吸附模型拟合

第三章 胶体高岭石的电解质凝聚

3．1 高岭石样品表征

3．1．1 化学成分分析

3．1．1 X射线衍射分析

3．1．2 粒度分析

3．1．3 SEM分析

3．2 pH对高岭土悬浮液的稳定性影响

3．3 NaCl对高岭土悬浮液的稳定性影响

3．4 小结

第四章 胶体高岭石的诱导疏水团聚

4．1 十二烷胺对胶体高岭石的诱导疏水团聚

4．1．1 DDA诱导的高岭石聚团行为分析

4．1．2 DDA在高岭石表面的吸附行为分析

4．1．3 能垒计算及吸附等温线模拟

4．2 油酸钠的吸附对高岭土悬浮液的稳定性影响

4．2．1 SO诱导的高岭石聚团行为分析

4．2．2 SO在高岭石表面的吸附行为分析

4．2．3 吸附等温线模拟

4．3 小结

第五章 结论

参考文献

致谢

附录