聚乙二醇在硅灰石酸处理中的作用机理探讨

试验研究IM&P化工矿物与加工2002年第1期文章编号:1008-7524( 2002 )01-0010 - 03聚乙二醇在硅灰石酸处理中的作用机理探讨陈庆春(华东地质学院材料科学与工程系江西临川344000 )摘要考察了聚乙二醇对硅灰石快速加酸处理所得产物二氧化硅粉体物性的影响初步探讨了聚乙二醇的作用机理发现浓度不同机理不同。关键词聚乙二醇硅灰石快速酸化二氧化硅粉体作用机理中图分类号:TD87 TQ223. 16*2文献标识码A1前言聚乙二醇( PEG) ,加热到50 ~ 60C ,在不断搅拌硅灰石主要成分是偏硅酸钙( CaSiO; ) ,加酸下一次性加入稍过量的6mol/L盐酸-定时间.处理可以得到二氧化硅。作者曾经研究了慢速加后用2mol/L的KOH中和到pH4.0+0.1陈化酸时聚乙二醇对硅灰石酸化速率的影响1],也曾10min过滤洗涤烘干,600 ~ 700C灼烧后制得经在硅灰石的悬浮液中加入聚乙二醇进行快速酸SiO2粉末称量并进行物性测试。化制得了高比表面积多孔二氧化硅粉体2~4]。2.3物性 测试本文旨在考察聚乙二醇对硅灰石快速加酸处比表面积ST-03A型比表面积测定仪。采用理所得产物二氧化硅粉体物性影响基础上结合BET动态氮吸附法,在不同氮分压下测定其平衡有关文献5]和研究7-9] ,探讨聚乙二醇在其中吸附量共测5个点,根据BET公式由所得直线的作用机理。的斜率和截距求出样品比表面积。2实验DBR(邻苯二-甲酸二丁酯)吸着率:按国家标2.1原 料和试剂准GB10528-89方法测定。硅灰石江西上高产.400目,CaSiO3 平均含容重按国家标准颜(填料装填体积和表观量为94.1% ;密度测定”GB5211.4-85方法测定。盐酸:化学纯;产物颗粒形态:XP-1偏光显微镜100-200X氯化铵:化学纯;下观察。氢氧化钾:化学纯;产物粒径:YT-125油漆调制机处理15min ,聚乙二醇:平均分子量6000，分析纯，美国进再用高剪切乳化机乳化10min用NSKC-1A离心口分装。式透光颗粒分析仪测定。2.2实验方法3结果与讨论中国煤化工将100g硅灰石配成10%水悬浮液,加入性NH4Cl2.2g按预定方案不添加或添加不等量的YHCNMHG本义任示列关拉下洮选了3个试样进行比*收稿日期201-07-28基金项目华东地质学院院长基金资助项目2001 YZJI08试验研究IM&P化工矿物与加工2002年第1期较和分析,它们的聚乙二醇添加量及物性见表1。表1聚乙二醇添加量及物性样品PEG添加量产率/%比表面积DBP吸着率容重中位径/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注其余工艺条件都-致。3.2讨论团。由于布朗运动这些小簇团相互碰撞或渗透从表1可以看出随着聚乙二醇添加量的增形成大簇团逐步形成三维网络的凝胶结构迅速加12、3号样的产率、比表面积、中位径dso依次凝胶化。增加尤其是3号样增加明显其产率接近理论值在硅灰石快速加酸处理过程中，两者相互反( 52.6g ) ,比表面积和中位径增加到2~3倍。容应,首先生成硅溶胶,在初期自然长大,当不加聚重则3号样比1、2号样明显地低,DBP吸着率明乙二醇时,已生成的硅溶胶转变成-定颗粒大小显增加。的硅凝胶,而硅溶胶仍在生成,形成其他的硅凝聚乙二醇是一种非离子型表面活性剂其分胶随着时间推移,直到反应完全,体系pH值稳子式为H( O-CH-CH2 )_OH ,其中的桥氧原子_定。当加入的PEG质量分数不够大时其包覆在O-亲水rCH2-CH2-亲油。有研究9]和文献1.11]硅凝胶表面,同时吸附少量的硅溶胶,而PEG质报道在通常情况下聚乙二醇分子是一根锯齿形量分数继续增大时除了包覆在凝胶表面吸附少的长链,当溶于水时,长链变成曲折形。汤加苗、量硅溶胶外还可导致硅凝胶的再度联结生成更孙继红等在他们的研究78]中指出,PEG在SiO2大的颗粒其机理与前面的研究7、8]所述相一致,溶胶一凝胶体系中具有包裹颗粒和连接颗粒的作也印证了有关文献的报道5]:由于高分子表面活用。前者限制了单个颗粒的长大后者使颗粒集性剂易在粒子表面上吸附根据质量分数不同可结形成簇团,使簇团粒径增大。PEG 参与并修饰分别做分散剂、絮凝剂等。了TEOS溶胶~凝胶过程,-方面,PEG在对溶通过镜下观察,1和2号样中有大量细小颗胶颗粒表面进行包覆的同时限制了TEOS的水粒2号样还有更多-些团聚体而3号样细小颗解缩聚行为,使TEOS的水解缩聚速度减慢。因粒明显减少基本上由团聚体组成。这一点反映此与未加入PEG的溶胶水解缩聚行为相比较,在其颗粒分布上(如表2)及产物的过滤洗涤难易在相同条件下,TEOS的不完全水解使溶胶中不程度和产率上。断有小颗粒生成,小颗粒生成后,表面立即被在洗涤过程中,1 号样和2号样明显比3号PEG包覆;另-方面,由于表面羟基的作用,PEG样困难，这可以从表2中它们的细颗粒多解释这又促进了被包覆的小颗粒之间的团聚形成小簇一点。表2三种产 物粒径分布及中位径dso样号< lpumn/%1~ 5yumn/% 5~ 10中国煤化工%dso/um14.0534.353.0TMYHCNMHG404. 6632.1436.9015. 10.11.2031.658.5526.4032. 8030. 60试验研究IM&P化工矿物与加工2002年第1期表2较好地反映了PEG在硅灰石快速酸化过研究J1化工矿物与加工2000 298):1-3.程中的作用,如前讨论。所以1号样和2号样[4陈庆春王廷吉彭人勇等.硅灰石制备多孔SiO2粉末的研究.10um以下颗粒偏多,而3号样10ym以上的颗粒[J]中国粉体技术2001 ,X 1)7-9.[5徐燕莉.表面活性剂的功能M]北京:化学工业出版社2000.偏多。[6赵建宏宋成盈王留成.催化剂的结构与分子设计[M]北京:由于PEG6000是一类高分子添加剂产物经中国工人出版社.1998.过600~ 700C灼烧可气化除去PEG ,留下了丰富[7孙继红章斌范文浩等. SIO-PEG体系的溶胶凝胶过程及物的孔洞，从而导致3号样的高比表面积、高DBP吸质特性[ J]材料研究学报,1999 13 3) 301-304.着率和低容重。而2号样品只是在表面吸附了少[8汤加苗,朱从善夏海平,等.PEG对SiO2溶胶凝胶中颗粒分量颗粒不能形成丰富的孔洞其物性基本与1号布和孔结构的影响J ]材料研究学报,1998 ,1x 1 ):79-82.[9]应皆荣万春荣姜长印等.聚乙二醇对无机盐的胶束增溶作样相类似。用及在溶胶配制中的应用J ]功能材料。2001 3x 2 ):118-120.4结论[10沈钟王果庭.胶体与表面化学[M]北京:化学工业出版社,(1)在硅灰石快速加酸处理过程中加PEG ,1991当质量分数不够大时,只能起到分散剂的作用得[11杜巧云葛虹.表面活性剂基础及应用[ M ]北京:中国石油化到产物的物性与不加PEG的产物相类似;当质量学出版社,1996.分数足够大时除了在反应初期作分散剂外随着反应进行,可作絮凝剂导致颗粒的再长大。Discussion on the mechanism of PEG(2)利用PEG的这一性质,在硅灰石快速in the reaction between酸化过程中加入足够量的PEG经过灼烧后可制wollastonite and acid得有丰富孔洞的SiO2粉体34]。CHEN Qing- chun(3) 粒径分布不是集中在- 狭小的范围是( Department of Material Science and由于硅灰石酸化是一个动态过程,如果延长反应Engineering East China Geological Institute ,时间或加大PEG的用量,可减少细小颗粒的数量Linchuan Jjiangxi 344000 China )并提高比表面积。5参考文献Abstract :The effect of PEG on product characteristics of silica[1陈庆春王廷吉翁晓东.聚乙二醇对硅灰石酸化反应速率的影powder obtained from the reaction between wollastonite and acid was响J]化工矿物与加工2001 30( 3):18-19.observed. And the mechanism of PEG was discussed ,when the densi-[2陈庆春,谢运华史文元.影响硅灰石产物性质的工艺研究J ]ties of PEG were different ,the mechanisms were different.华东地质学院学报1999 2x 3 )243-247.Keywords PEG wollastonite acided quickly silica powder mecha-[3陈庆春,王廷吉周萍华等.硅灰石合成高比表面积SiO,工艺nism未来陶瓷造纸领域将大量需要高岭土据悉,目前我国高岭土在陶瓷和造纸领域的消费将呈强势。近年来随着我国陶瓷领域不断发展对高岭土的消费增长较快年增长率约为7%左右。随着需求增加预计未来我中国煤化工将有较大的增长。高岭土是造纸行业最常用和消耗量最大的白色颜料。全世MYHCN M H G用于造纸年消耗量在.1 200~1 500万t。 国外发达国家高岭土用于造纸填料的用量略大于涂料行业。预计今后10年高岭土用于造纸填料的需求量年均增长率将达16%。12●