[发明专利]一种高效吸附糖类分子的膨润土碱性活化方法

说明书

技术领域

本发明属于膨润土应用领域，特别涉及一种高效吸附糖类分子的膨润土碱性活化方法。

背景技术

膨润土是一种蒙脱石为主要成分的层状铝硅酸盐，是由两个Si-O四面体中间夹一层Al-O八面体而形成的层状结构。由于离子类同晶置换，硅氧四面体中的Si⁴⁺常被Al³⁺替代，或者铝氧八面体中的Al³⁺常被Mg²⁺替代，这样就会导致晶体层间出现过剩负电荷，并可通过吸附外籍阳离子来平衡，这些吸附的阳离子成为可变电荷。在一定条件下，外界物质可以与层间的可变电荷发生离子交换，这是改性膨润土制备常见的反应机理。

膨润土对有机化合物的吸收按照交换离子的电荷类型可以分成三类：

(1)单阳离子有机化合物，常以季铵盐为主，一般是碳氢链较长而没有分支结构的基团，且极性头里不存在极性太强的强烈基团的季铵盐。长链季铵盐中，比较常见的是长碳链季铵盐，典型的有十二烷基三甲基溴化铵(DTMAB)、十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)、十八烷基三甲基溴化铵(OTMAB)。

(2)单阴离子有机化合物，通常是十二烷基苯磺酸钠(SDBS)或者十二烷基硫酸钠(SDS)。它被膨润土吸收时，反应温度偏低；膨润土能够饱和吸附所结合的阴离子有机化合物的量并不等于阳离子交换容量，大约只有阳离子交换容量的15％。从膨润土对单阴离子有机化合物的吸附等温线及所呈现的规律分析其吸附方式以分配作用为主。

(3)非离子有机化合物，最常见的是烷基酚与环氧乙烷缩合物TX。通常吸收的非离子型有机化合物都具有极性结构，但没有支链和芳环结构，膨润土对这种结构的有机化合物具有较好的吸附效果。由于它们的结构中没有阴阳离子可以进行离子交换，所以通常认为是通过氢键作用使其嵌入膨润土中的SiO₂表面，也正因为如此，膨润土中所结合的非离子有机化合物的量大于阳离子交换容量，膨润土对非离子型有机化合物的吸附能力大于阳离子型有机化合物。

增强膨润土吸附能力的方法可分为两种：

(1)高温焙烧活化。这是一种固相法，直接将膨润土加热一定温度焙烧。在加热过程中，随着温度升高，膨润土会先后失去表面水、水化水和结构骨架中的结合水，从而减小了水膜对有机污染物质的吸附阻力。同时，随着水分的丧失也会带走一部分位于膨润土通道和空隙中的杂质，从而使膨润土的吸附性能发生变化。膨润土焙烧温度是影响膨润土吸附性能的重要因素，在达到450℃时，膨润土的表面水及空隙中的一些杂质已基本除去，此时膨润土的吸附性能达到最佳。而继续升高温度，则易导致膨润土卷边结构烧结、堆积，反而降低了空隙率和孔径，导致吸附性能降低。此外，文献《膨润土碱化活化方法》中有提到在高温焙烧时加入碱性物质作为助剂，在600℃下改变膨润土的成分与结构，对膨润土吸附有机物的能力也有明显提高。

(2)酸化活化。这是一种液相法，将膨润土浸泡在酸性溶液中，充分利用无机酸来改善膨润土的成分与结构。酸活化处理可除去分布于膨润土通道中的杂质，如混杂的有机物，孔道得到疏通，有利于吸附质分子的扩散。再者，H原子半径小于Na、Mg、K、Ca等原子的半径，因此，体积较小的H+置换膨润土层间的Na⁺、Mg²⁺、K⁺、Ca²⁺等离子，孔容积得到增大，并削弱了原来层间的键力，层状晶格裂开，孔道被疏通，膨润土对有机物的吸附性能得到提高。

这些现有的增强膨润土吸附能力的技术手段，对糖类分子的吸附却没有明显的效果甚至出现反效果。原因在于膨润土对葡萄糖的吸附主要依靠化学键而不是物理吸附和静电力吸附。所以，利用这两种方法活化的膨润土吸附糖类分子，通常最大吸附量不超过12g/100g膨润土，且达到饱和吸附的时间长达16h左右，不能满足实际工业生产的应用要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高效吸附糖类分子的膨润土碱性活化方法，该方法可以增强膨润土对葡萄糖等具有多羟基醛/酮结构的糖类有机分子的层间吸附作用，可以应用于制备有机改性膨润土、吸水保湿材料、复合型砂浆外加剂与吸附污水中的有机污染物。

本发明的一种高效吸附糖类分子的膨润土碱性活化方法，包括：

将膨润土和糖类分子溶解在水中，搅拌分散并混合均匀，加入碱类物质调节溶液pH值至9～13，同时进行膨润土的碱性活化与糖类分子的吸附。

所述溶液温度为5～80℃。

所述的碱性物质为氢氧化钠、氢氧化钙或氧化钙。