膨润土6大应用领域及最新研究进展

膨润土是一种含水粘土岩,其主要组分为蒙脱石类矿物,含量在85%~90%之间。只有当蒙脱石含量达到可加工的含量时才被称为膨润土,因此膨润土的一些性质都是由蒙脱石所决定的。


膨润土具有优异的膨胀性、吸附性、阳离子交换性、催化性、粘结性、悬浮性和可塑性,常作为粘结剂、悬浮剂、吸附剂、净化剂及稠化剂等被广泛应用于钢铁、石油、化工、纺织、药品等诸多领域。


1、环境领域


《产业关键共性技术发展指南(2017年)》中明确指出:要发展用于工业废水处理的矿物功能材料深加工技术,主要技术内容:


膨润土等矿物功能材料的改性、改型技术;

增加矿物功能材料比表面积、调整表面电荷等技术;

矿物功能材料在工业废水处理中的应用技术。


在环境领域,膨润土可作为吸附剂处理废水中的重金属离子、有机污染物和放射性物质,也可以作为吸毒剂来吸收核辐射油污、处理城市生活垃圾、净化工业废气等,其中用于废水处置的最多,应用前景也极为广阔。


印染废水是近年来环境保护的一个突出问题。王静利用改性膨润土作为吸附剂,在恒温(294K)和pH初始值大于3的条件下,浓度为100mg/L的甲基橙(MO)和0.5g改性膨润土混合接触30min后,MO的脱色率超过了90%,对甲基蓝(MB)也达到了同样显著的效果,成功解决了MO染料废水的处置问题。


何华玲使用壳聚糖作为改性剂对钠基膨润土进行改性得到壳聚糖膨润土,并将其用于活性染色净水工艺中,结果达到了净水处理排放标准。潘嘉芬等采用钠化改性的钙基膨润土对印染废水进行物理吸附,经处理后水的浊度明显降低,COD的去除率也显著提高。


随着人们环保意识的提高,如何有效地改善室内空气质量备受关注。陈树沛采用钙基膨润土、钠化膨润土与酸化膨润土分别对甲醛气体进行吸附,发现酸化膨润土在到达饱和吸附容量前对甲醛气体之所以吸附效果好,是因为其表面酸性和质子以及层间水与甲醛发生了质子化作用。因此采用适宜构型的膨润土可以有效地净化室内空气。


林梅娇采用改性膨润土/TiO2与单独试验TiO2分别对甲苯进行光催化降解试验,研究发现,改性膨润土/TiO2用作吸附催化材料降解甲苯时甲苯的降解率为77.8%,比单独使用TiO2的降解率高16%。


2、催化剂及载体


传统催化剂产生的废酸不仅污染环境,而且对设备也具有一定的腐蚀性。通过对膨润土进行改性,将改性后的膨润土作为催化剂,不仅消除了传统催化剂的缺点,而且催化效果也更好,更为符合21世纪绿色化工发展的要求,具有良好的应用前景。


莫立焕等将钙基膨润土改性为铁改性膨润土光催化剂,采用光催化均相Fenton法处理造纸法烟草薄片废水中的CODcr,去除率为66.6%;而采用光催化非均相Fenton法处理废水中的CODcr,其去除率达到80.2%,因此采用非均相Fenton法处理此废水效果更佳。


王敏将酸化的膨润土按固液比1:10的比例浸渍在ZnCl2无水甲醇溶液中,制得ZnCl2/膨润土,并将其作为催化剂催化合成碳酸丙烯酯。


3、铸造、冶金和钻井领域


因具有粘结性和可塑性,膨润土在铸造业中可作为生产醇基涂料的悬浮剂和铸模材料的粘合剂,在冶金工业中作为球团矿的粘合剂,既节省了10%~15%的焦炭和熔剂用量,也使得高炉生产能力升高了40%~50%。


陈廷臻等运用物理化学方法对钙基膨润土进行钠化处理后得到钻井泥浆用土,其在泥浆中发挥了增稠和稳定的作用,而且使得泥浆便于携带,同时还可以润滑钻井、防止腐蚀,其成本低廉,工业应用前景广泛,效益明显。


4、建材领域


膨润土及其改性产物被普遍的运用在建材工业中,如白水泥、防水材料、防火材料、陶瓷工业、胶凝材料、建筑涂料及新型功能材料等,可以起到很好的增稠和防水作用。


殷兰兰将丙烯酸乳胶漆与不同含量的钠基土混匀成浆,随之发现随着钠基土含量(2%、3%、4%和6%)的增加,黏度的变化为800、1720、2680和3440mPa·s,表明增稠作用发生了十分显著的变化。还通过测定涂料的防沉降作用,将不加钠基土和添加钠基土的漆液进行比较,结果发现,不加钠基土的漆液随着时间的推移分层现象特别明显且伴有沉淀产生,随后沉淀变硬结块最终导致无法搅拌,而添加钠基土的漆液并不会出现块状沉淀现象,对涂料的性能也没有其它不利影响。


5、农业和畜牧业


膨润土在农业上主要被用作土壤改良剂、肥料缓释剂、肥料添加剂以及农药吸附剂等,如冯启明等采用溶液聚合法制备出含有膨润土的保肥保水材料,发现将膨润土作为肥料添加剂时效果格外明显,可以延长肥效时间和减少农肥流失,达到了改进土壤质量和提高农作物产量的效果。


另一方面,膨润土还可作为农药的载体,使得农药不但在施用时安全方便,而且使农药残留物分布少,从而有效地抑制由于降雨过程导致的土壤中有机氯农药的渗滤现象。


在畜牧业中,膨润土常常作为饲料添加剂。由于膨润土具有优良的吸附能力,将其添加至饲料中后,可以有效降低动物消化道内有毒物质的含量,从而在根本上提高了畜禽抗病和防病能力。


因此,通过在饲料中添加膨润土,不仅可以起到减少粮食投加量从而降低饲养成本的作用,还能显著地减少畜禽疾病的发病率和促进畜禽生长发育。


6、橡胶领域


有机膨润土经纳米改性后变成纳米级有机膨润土,其在橡胶材料中应用普遍,可以改善橡胶的气密性、定伸应力、拉伸强度、耐热耐磨性、防腐性、撕裂强度以及耐化学药品等很多性能。


金山将通过插层法得到的纳米膨润土加入橡胶中,可使橡胶的拉伸强度、抗湿润滑性、耐油性以及伸长率等性能大幅度提高,有的性能甚至可提高数倍。


彭树文等将有机改性膨润土与丁苯橡胶混合,通过研究发现,有机改性膨润土的平衡扭矩相对较小,混合丁苯橡胶和改性膨润土的能耗变小,而且随着改性膨润土粒径的减小,丁苯橡胶的加工性能和力学性质都得到了明显改善。


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