净水处理剂-有机膨润土（一）

膨润土具有众多的优良性能，国外已在工农业生产24个领域的100多个部门中得到广泛应用，有万能土之称。

有机膨润土是在其分子结构中引入亲油性有机分子后由亲水性变为亲油性，其体积膨胀大，层间距为24.3nm。

亲水性膨润土在吸收自重倍的水后，体积膨胀20~30倍。

无机膨润土与有机膨润土在水中均能表现出优良的悬浮性与分散性，形成的凝胶具有黏性、流动性和润滑性。

膨润土是一种以蒙脱石为主要矿物的黏土岩，在黏土矿物形成过程中，常会发生同晶替代作用，晶体结构层间存在过剩负电荷，能以静电吸附阳离子保持电中性。此外，膨润土具有很大的表面积，巨大的表面积伴随着巨大的表面能，使其具有巨大的吸附能力。

膨润土分为钠基、钙基、镁基和铝基膨润土。其中钙基膨润土储量最大，约占总储量的70%~80%。

基本原料

我国膨润土矿产资源开发利用的程度很低，虽然产销量逐年上升，仍是一种"低出高进"的局面，即出口低级产品（原矿、铸造用、钻井用、低档活性白土等），进口高级产品（高档有机土、膨润土防水毯等）。目前，我国膨润土年产量已超过270万吨，但超细湖米级膨润土年产量不超过5000吨，资源带来的效益差。这也是我国膨润土矿产资源丰富、资源型行业竞争不是很剧烈、企业规模小、技术水平造成的。

由于近年来国内外对白膨润土的需求与日俱増，再加上国外产量减少，国内对膨润土的研究开发也开始重视。大力开发白膨润土可获得高附加值的回报，并避免资源浪费。

操作过程

我国的膨润土资源十分丰富，现每年开提量为200万吨左右，仅次于美国，居世界策2位。

有机季铵盐与膨润土中的电解质可发生离子交换，其主要是二价的钠离子,生成的有机基团覆盖在膨润土表面，形成稳定的有机产品，从而使表面性能发生变化，由亲水性转变成亲油性和具有膨润性，选用不同的基团可制成具有不同用途的产品。

①湿法

用水为分散介质，先去除膨润土中杂质制成上浆液，含量为10%~20%,再进行高速剪切分散，使粒度到黏土级。用浆液与季按盐反应，然后从浆液中分离出有机土，进行洗涤，在温度小于90°C下干燥。

操作条件是：水与原土质量比为2:1,于65°C下与阳离子置换90min,再于105°C下干燥得成品。按固液比为1:5,钠盐加入量为3.5%,其交换率为97%。湿法的关键步骤是悬浮液中的微粒的粒度是否达到要求，它直接关系到有机膨润土性能的好坏，因此一定实验予以确定。

②干法

制备时将原土和适量的季铵盐（占黏土的15%~55%)混合，在无水和高于季铵盐熔点的温度下反应3~5h应完毕，经研磨，过筛，得到200目的干态物。

上述方法，操作简单，生产效率高。

膨润土的活化，有高温活化法、酸活化法、氧化法、氢化法以及还原法。其中高温活化和酸活化较为常用和简便。

①高温活化膨润土。膨润土高温活化处理是适当的温度下，在恒温箱或真空恒温箱里活化一定时间后，使其表面的吸附水、层间水及空隙中的杂质除去，使吸附能力得到增强。

②酸活化膨润土。酸活化膨润土是除去分布于膨润土结构通道中的杂质，如混杂的有机物，使通道得以疏通，有利于吸附质分子的扩散，再者，氨原子半径小于Na、Mg、K、Ca等原子的半径，因此体积小的H离子置换层间的K,Na,Ca,Mg等离子，积得到增大，提高了膨润土的吸附性和化学特性。

方法1：①膨润土提纯处理，称取钙基膨润土10g,加入1000mL去离子水及N2C03高速分散，滤去沉淀，静置备用。将1kg膨润土原矿粉在容器中调制成浓度为20%的水浆，搅拌5min。浸泡12h。再揽拌、静止沉淀2h,抽提上部悬浮液。②往上步得到的悬浮液中加入1倍量的水，充分揽拌后静止沉淀4h,抽提上部悬浮液。③往上步的悬浮液中加入1%的焦磷酸钠，充分揽拌20min,然后静止沉淀4h,抽提上部悬浮液，即为提纯的钙基膨润土悬浮液。

膨润土提纯过程中加入焦磷酸钠进行边缘改性，可以提高蒙脱石的纯度和收率，在水分散介质中，蒙脱石细小颗粒之间，靠正负电性吸引存在着以"工"字型缔合为主的搭接结构，选细小的固体杂质被这种结构所支托或包裏，不能靠重力与蒙脱石分离，分散介质中加入焦磷酸纳后，磷酸根离子被吸附于正电荷边缘，形成负电性边缘，使蒙脱石变成了双负电层胶体，彼此之间互相排斥，缔合结构消失。这样，细小颗粒杂质失去支托，由于重力作用而沉降。

方法2：原土提纯方法是：取原土加水充分润湿、揽拌，静止沉降后，取出上部分分散液，弃去沉降物。为了提高提纯土的产率，对沉降下来的砂石和膨润土混合物再次水洗沉降，直至提纯土中含量达到有机化的要求（90%以上）。由于天然膨润土中的杂质矿物的粒度、硬度较大，通过逐级分离可以得到性能较优异的精制膨润土原料，并有利于活化处理。

有机膨润土的制备方法是：在250mL的烧瓶中，加入100mL膨润土浆，开启搅拌器,称取一定量的环氧铋盐，溶于水中，将溶解好的季铵盐溶液滴加至膨润土浆中，常温下反应3h,停止揽拌，自然冷却至室温，静置后，抽滤，洗涤至无氯离子（硝酸银检验），用乙醇洗涤3次，用无水乙醇洗涤3次，常温下真空干燥。

将0.2kg的氯化十八烷基二甲基苄基铵溶入少量水中，加入到上步得到的悬浮液中，搅拌20min,静止老化24h,然后用板框压滤机流化床干燥，磨粉（过200目筛）后，即获得淡黄色的有机膨润土成品。

制备有机膨润土所需的阳离子一般由烃链长变适中的表面活性剂提供，碳的原子数一般不少于12,若径链较短，则在水分散介质中的溶解度过大，不利于在膨润土表面形成覆盖层，烃链过长，在水分散介质中的溶解度过低，不利于分散，使非极性基过分疏水而影响与膨润土的离子交换。使用氯化十八烷基二甲基苄基铵，在制备的过程中要求季铵盐中应至少有一个基团的碳原子数有10~24,以保证其亲油性，并且原土的纯度应高。