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 凹凸棒石是一種含水的鎂鋁硅酸鹽礦物，已在有機-無機雜化材料領(lǐng)域得到應用。但凹凸棒石形成的地質(zhì)條件和成因不同，其化學組成和微觀結(jié)構(gòu)存在很大差異，因而制備的雜化材料性能差別較大。為此，本論文選取有代表性的安徽官山、江蘇黃泥山和甘肅會寧三產(chǎn)地的凹凸棒石樣品，比較了它們的化學組成、微觀結(jié)構(gòu)以及對亞甲基藍的吸附性能，關(guān)聯(lián)了化學組成—微觀結(jié)構(gòu)—吸附性能的關(guān)系;同時采用酸處理工藝考察了江蘇黃泥山和甘肅會寧兩地凹凸棒石的化學組成、微觀結(jié)構(gòu)以及對亞甲基藍等染料的吸附性能;在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)考察了江蘇黃泥山凹凸棒石含水量、研磨時間和烘干溫度等對亞甲基藍/凹凸棒石納米雜化材料穩(wěn)定性的影響。取得的主要研究結(jié)果有:
1.江蘇黃泥山凹凸棒石(JSHS)是貧鎂黏土礦物，具有類二八面體結(jié)構(gòu)特征;安徽官山凹凸棒石(AHGS)是富鎂黏土礦物，具有二八面體-三八面體過渡結(jié)構(gòu)特征;甘肅會寧凹凸棒石(GSHN)具有二八面體-三八面體過渡結(jié)構(gòu)特征，同時伴生白云母、白云石和綠泥石等黏土礦物。三產(chǎn)地凹凸棒石對亞甲基藍的吸附量大小順序為JSHS＞GSHN＞AHGS，表明貧鎂的二八面體結(jié)構(gòu)凹凸棒石具有更優(yōu)的吸附性能。
2.用質(zhì)量分數(shù)為2.5wt％～20wt％的HCl、H2SO4和H3PO4溶液對甘肅會寧凹凸棒石進行了酸活化處理，系統(tǒng)考察了酸活化處理對凹凸棒石微觀結(jié)構(gòu)、理化性能以及對亞甲基藍吸附性能的影響。結(jié)果表明，用質(zhì)量分數(shù)為2.5wt％的酸溶液處理就可除去白云石和碳酸鹽;經(jīng)3種酸處理后，隨著酸質(zhì)量分數(shù)的增加，凹凸棒石的比表面積、外比表面積、微孔比表面積和微孔體積均先增加后降低，比表面積分別在5wt％HCl、5wt％H3PO4和15wt％H2SO4處理時達到最大值。酸活化作用使凹凸棒石表面電荷更負，不同酸作用強弱依次為HCl＞H2SO4＞H3PO4。15％HCl酸溶液處理后凹凸棒石的吸附量達到89.48mg/g，較原礦提高22.07％。
3.用1wt％～5wt％質(zhì)量分數(shù)的H2SO4溶液酸化處理江蘇黃泥山凹凸棒石，系統(tǒng)考察了酸活化處理對凹凸棒石微觀結(jié)構(gòu)、理化性能以及對亞甲基藍、孔雀石綠和剛果紅吸附性能的影響。結(jié)果表明，用質(zhì)量分數(shù)為2wt％H2SO4溶液酸化處理可除去白云石和碳酸鹽。隨著酸質(zhì)量分數(shù)的增加，凹凸棒石的比表面積、外比表面積、微孔比表面積和微孔體積逐漸增加，表面電荷變負;對業(yè)甲基藍、孔雀石綠和剛果紅的吸附量分別達到172.96mg/g、312.52mg/g和76.17mg/g，與原礦相比分別提高了4.66％、14.76％和21％。
4.采用具有二八面體結(jié)構(gòu)的JSHS，分別以干態(tài)研磨法、吸附烘干法和吸附預烘干法制備了亞甲基藍/凹凸棒石雜化材料，系統(tǒng)考察了三種方法對雜化材料的微觀結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性的影響。研究發(fā)現(xiàn):干態(tài)研磨法嚴重損傷了凹凸棒石棒晶，其雜化材料的穩(wěn)定性最差。吸附預烘干法在幾乎不損傷凹凸棒石棒晶的前提下能有效解離凹凸棒石棒晶束，染料分子可與凹凸棒石形成穩(wěn)定的雜化結(jié)構(gòu)，可以制備出耐酸、堿及耐紫外光照射的有機-無機雜化材料。
5.采用吸附預烘干法制備亞甲基藍/凹凸棒石納米雜化材料，系統(tǒng)考察了含水量、研磨時間和加熱溫度等對雜化材料的微觀結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明:在凹凸棒石含水量37wt％、研磨30min、加熱溫度105℃和加熱時間4h條件下，亞甲基藍可進入凹凸棒石的結(jié)構(gòu)孔道內(nèi)，從而顯著提高了納米雜化材料的耐熱、耐酸及耐紫外光照等性能。

    關(guān)鍵詞：
    凹凸棒石 微觀結(jié)構(gòu) 亞甲基藍 納米雜化材料
    作者：
    張媛
    學位授予單位：
    中國科學院大學
    授予學位：
    博士
    學科專業(yè)：
    材料學
    導師姓名：
    王愛勤
    學位年度：
    2015
    語種：
    中文
    分類號：
    TB321