聚乙二醇在硅灰石酸處理中的作用機理探討

試驗研究IM&P化工礦物與加工2002年第1期文章編號:1008-7524( 2002 )01-0010 - 03聚乙二醇在硅灰石酸處理中的作用機理探討陳慶春(華東地質(zhì)學(xué)院材料科學(xué)與工程系江西臨川344000 )摘要考察了聚乙二醇對硅灰石快速加酸處理所得產(chǎn)物二氧化硅粉體物性的影響初步探討了聚乙二醇的作用機理發(fā)現濃度不同機理不同。關(guān)鍵詞聚乙二醇硅灰石快速酸化二氧化硅粉體作用機理中圖分類(lèi)號:TD87 TQ223. 16*2文獻標識碼A1前言聚乙二醇( PEG) ,加熱到50 ~ 60C ,在不斷攪拌硅灰石主要成分是偏硅酸鈣( CaSiO; ) ,加酸下一次性加入稍過(guò)量的6mol/L鹽酸-定時(shí)間.處理可以得到二氧化硅。作者曾經(jīng)研究了慢速加后用2mol/L的KOH中和到pH4.0+0.1陳化酸時(shí)聚乙二醇對硅灰石酸化速率的影響1],也曾10min過(guò)濾洗滌烘干,600 ~ 700C灼燒后制得經(jīng)在硅灰石的懸浮液中加入聚乙二醇進(jìn)行快速酸SiO2粉末稱(chēng)量并進(jìn)行物性測試?；频昧烁弑缺砻娣e多孔二氧化硅粉體2~4]。2.3物性 測試本文旨在考察聚乙二醇對硅灰石快速加酸處比表面積ST-03A型比表面積測定儀。采用理所得產(chǎn)物二氧化硅粉體物性影響基礎上結合BET動(dòng)態(tài)氮吸附法,在不同氮分壓下測定其平衡有關(guān)文獻5]和研究7-9] ,探討聚乙二醇在其中吸附量共測5個(gè)點(diǎn),根據BET公式由所得直線(xiàn)的作用機理。的斜率和截距求出樣品比表面積。2實(shí)驗DBR(鄰苯二-甲酸二丁酯)吸著(zhù)率:按國家標2.1原 料和試劑準GB10528-89方法測定。硅灰石江西上高產(chǎn).400目,CaSiO3 平均含容重按國家標準顏(填料裝填體積和表觀(guān)量為94.1% ;密度測定”GB5211.4-85方法測定。鹽酸:化學(xué)純;產(chǎn)物顆粒形態(tài):XP-1偏光顯微鏡100-200X氯化銨:化學(xué)純;下觀(guān)察。氫氧化鉀:化學(xué)純;產(chǎn)物粒徑:YT-125油漆調制機處理15min ,聚乙二醇:平均分子量6000，分析純，美國進(jìn)再用高剪切乳化機乳化10min用NSKC-1A離心口分裝。式透光顆粒分析儀測定。2.2實(shí)驗方法3結果與討論中國煤化工將100g硅灰石配成10%水懸浮液,加入性NH4Cl2.2g按預定方案不添加或添加不等量的YHCNMHG本義任示列關(guān)拉下洮選了3個(gè)試樣進(jìn)行比*收稿日期201-07-28基金項目華東地質(zhì)學(xué)院院長(cháng)基金資助項目2001 YZJI08試驗研究IM&P化工礦物與加工2002年第1期較和分析,它們的聚乙二醇添加量及物性見(jiàn)表1。表1聚乙二醇添加量及物性樣品PEG添加量產(chǎn)率/%比表面積DBP吸著(zhù)率容重中位徑/g/(m2 g')Ag( 100g)']/(g cm3)do/umC45.4.175.2172.00. 400.6.5725.048.2221.3155.00. 4006.689.451.7568.7203.00.23012.00注其余工藝條件都-致。3.2討論團。由于布朗運動(dòng)這些小簇團相互碰撞或滲透從表1可以看出隨著(zhù)聚乙二醇添加量的增形成大簇團逐步形成三維網(wǎng)絡(luò )的凝膠結構迅速加12、3號樣的產(chǎn)率、比表面積、中位徑dso依次凝膠化。增加尤其是3號樣增加明顯其產(chǎn)率接近理論值在硅灰石快速加酸處理過(guò)程中，兩者相互反( 52.6g ) ,比表面積和中位徑增加到2~3倍。容應,首先生成硅溶膠,在初期自然長(cháng)大,當不加聚重則3號樣比1、2號樣明顯地低,DBP吸著(zhù)率明乙二醇時(shí),已生成的硅溶膠轉變成-定顆粒大小顯增加。的硅凝膠,而硅溶膠仍在生成,形成其他的硅凝聚乙二醇是一種非離子型表面活性劑其分膠隨著(zhù)時(shí)間推移,直到反應完全,體系pH值穩子式為H( O-CH-CH2 )_OH ,其中的橋氧原子_定。當加入的PEG質(zhì)量分數不夠大時(shí)其包覆在O-親水rCH2-CH2-親油。有研究9]和文獻1.11]硅凝膠表面,同時(shí)吸附少量的硅溶膠,而PEG質(zhì)報道在通常情況下聚乙二醇分子是一根鋸齒形量分數繼續增大時(shí)除了包覆在凝膠表面吸附少的長(cháng)鏈,當溶于水時(shí),長(cháng)鏈變成曲折形。湯加苗、量硅溶膠外還可導致硅凝膠的再度聯(lián)結生成更孫繼紅等在他們的研究78]中指出,PEG在SiO2大的顆粒其機理與前面的研究7、8]所述相一致,溶膠一凝膠體系中具有包裹顆粒和連接顆粒的作也印證了有關(guān)文獻的報道5]:由于高分子表面活用。前者限制了單個(gè)顆粒的長(cháng)大后者使顆粒集性劑易在粒子表面上吸附根據質(zhì)量分數不同可結形成簇團,使簇團粒徑增大。PEG 參與并修飾分別做分散劑、絮凝劑等。了TEOS溶膠~凝膠過(guò)程,-方面,PEG在對溶通過(guò)鏡下觀(guān)察,1和2號樣中有大量細小顆膠顆粒表面進(jìn)行包覆的同時(shí)限制了TEOS的水粒2號樣還有更多-些團聚體而3號樣細小顆解縮聚行為,使TEOS的水解縮聚速度減慢。因粒明顯減少基本上由團聚體組成。這一點(diǎn)反映此與未加入PEG的溶膠水解縮聚行為相比較,在其顆粒分布上(如表2)及產(chǎn)物的過(guò)濾洗滌難易在相同條件下,TEOS的不完全水解使溶膠中不程度和產(chǎn)率上。斷有小顆粒生成,小顆粒生成后,表面立即被在洗滌過(guò)程中,1 號樣和2號樣明顯比3號PEG包覆;另-方面,由于表面羥基的作用,PEG樣困難，這可以從表2中它們的細顆粒多解釋這又促進(jìn)了被包覆的小顆粒之間的團聚形成小簇一點(diǎn)。表2三種產(chǎn) 物粒徑分布及中位徑dso樣號< lpumn/%1~ 5yumn/% 5~ 10中國煤化工%dso/um14.0534.353.0TMYHCNMHG404. 6632.1436.9015. 10.11.2031.658.5526.4032. 8030. 60試驗研究IM&P化工礦物與加工2002年第1期表2較好地反映了PEG在硅灰石快速酸化過(guò)研究J1化工礦物與加工2000 298):1-3.程中的作用,如前討論。所以1號樣和2號樣[4陳慶春王廷吉彭人勇等.硅灰石制備多孔SiO2粉末的研究.10um以下顆粒偏多,而3號樣10ym以上的顆粒[J]中國粉體技術(shù)2001 ,X 1)7-9.[5徐燕莉.表面活性劑的功能M]北京:化學(xué)工業(yè)出版社2000.偏多。[6趙建宏宋成盈王留成.催化劑的結構與分子設計[M]北京:由于PEG6000是一類(lèi)高分子添加劑產(chǎn)物經(jīng)中國工人出版社.1998.過(guò)600~ 700C灼燒可氣化除去PEG ,留下了豐富[7孫繼紅章斌范文浩等. SIO-PEG體系的溶膠凝膠過(guò)程及物的孔洞，從而導致3號樣的高比表面積、高DBP吸質(zhì)特性[ J]材料研究學(xué)報,1999 13 3) 301-304.著(zhù)率和低容重。而2號樣品只是在表面吸附了少[8湯加苗,朱從善夏海平,等.PEG對SiO2溶膠凝膠中顆粒分量顆粒不能形成豐富的孔洞其物性基本與1號布和孔結構的影響J ]材料研究學(xué)報,1998 ,1x 1 ):79-82.[9]應皆榮萬(wàn)春榮姜長(cháng)印等.聚乙二醇對無(wú)機鹽的膠束增溶作樣相類(lèi)似。用及在溶膠配制中的應用J ]功能材料。2001 3x 2 ):118-120.4結論[10沈鐘王果庭.膠體與表面化學(xué)[M]北京:化學(xué)工業(yè)出版社,(1)在硅灰石快速加酸處理過(guò)程中加PEG ,1991當質(zhì)量分數不夠大時(shí),只能起到分散劑的作用得[11杜巧云葛虹.表面活性劑基礎及應用[ M ]北京:中國石油化到產(chǎn)物的物性與不加PEG的產(chǎn)物相類(lèi)似;當質(zhì)量學(xué)出版社,1996.分數足夠大時(shí)除了在反應初期作分散劑外隨著(zhù)反應進(jìn)行,可作絮凝劑導致顆粒的再長(cháng)大。Discussion on the mechanism of PEG(2)利用PEG的這一性質(zhì),在硅灰石快速in the reaction between酸化過(guò)程中加入足夠量的PEG經(jīng)過(guò)灼燒后可制wollastonite and acid得有豐富孔洞的SiO2粉體34]。CHEN Qing- chun(3) 粒徑分布不是集中在- 狹小的范圍是( Department of Material Science and由于硅灰石酸化是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程,如果延長(cháng)反應Engineering East China Geological Institute ,時(shí)間或加大PEG的用量,可減少細小顆粒的數量Linchuan Jjiangxi 344000 China )并提高比表面積。5參考文獻Abstract :The effect of PEG on product characteristics of silica[1陳慶春王廷吉翁曉東.聚乙二醇對硅灰石酸化反應速率的影powder obtained from the reaction between wollastonite and acid was響J]化工礦物與加工2001 30( 3):18-19.observed. And the mechanism of PEG was discussed ,when the densi-[2陳慶春,謝運華史文元.影響硅灰石產(chǎn)物性質(zhì)的工藝研究J ]ties of PEG were different ,the mechanisms were different.華東地質(zhì)學(xué)院學(xué)報1999 2x 3 )243-247.Keywords PEG wollastonite acided quickly silica powder mecha-[3陳慶春,王廷吉周萍華等.硅灰石合成高比表面積SiO,工藝nism未來(lái)陶瓷造紙領(lǐng)域將大量需要高嶺土據悉,目前我國高嶺土在陶瓷和造紙領(lǐng)域的消費將呈強勢。近年來(lái)隨著(zhù)我國陶瓷領(lǐng)域不斷發(fā)展對高嶺土的消費增長(cháng)較快年增長(cháng)率約為7%左右。隨著(zhù)需求增加預計未來(lái)我中國煤化工將有較大的增長(cháng)。高嶺土是造紙行業(yè)最常用和消耗量最大的白色顏料。全世MYHCN M H G用于造紙年消耗量在.1 200~1 500萬(wàn)t。 國外發(fā)達國家高嶺土用于造紙填料的用量略大于涂料行業(yè)。預計今后10年高嶺土用于造紙填料的需求量年均增長(cháng)率將達16%。12●