硅藻土的提純及其表格面羥基、酸位研究

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1、中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所博士學(xué)位論文硅藻土的提純及其表面羥基、酸位研究姓名：袁鵬申請學(xué)位級別：博士專業(yè)：礦物學(xué)指導(dǎo)教師：吳大清2001.12.24摘要硅藻土是一種重要的非金屬礦產(chǎn)資源，其主要成分是由硅藻遺骸沉積形成的天然無定形二氧化硅。由于具有獨特的多孔結(jié)構(gòu)以及強吸附性、耐熱性等優(yōu)異的物化性能，它被廣泛用于制備助濾劑、催化載體、吸附劑、填料以及保溫材料等工業(yè)產(chǎn)品。其中，助濾劑等高附加值產(chǎn)品要求硅藻土原料盡可能純凈。因此，硅藻土提純技術(shù)研究格外重要。目前，國內(nèi)主要采用以濃酸處理為主的化學(xué)提純技術(shù)，存在污染環(huán)境、腐蝕設(shè)備等缺點：并且，經(jīng)該法提純所得的精土中，除硅藻質(zhì)無定形

2、SiO：以外，還包括粘土礦物畸變而成的無定形SiO，，后者并不具備殼體的多孔結(jié)構(gòu)。因此，如何在提純工藝中主要應(yīng)用物理提純法的處理流程，而盡量避免或減少應(yīng)用酸處理流程，同時保持提純的效率與效果，是提純研究的重要方向。鑒于目前國內(nèi)應(yīng)用物理方法提純硅藻土的效率往往比較低下，本工作就這一現(xiàn)狀產(chǎn)生的原因和解決方法進行了研究探討。另一方面，近年來，硅藻土在新型生物、醫(yī)藥、色譜載體、吸附劑及功能性填料等產(chǎn)品中的應(yīng)用正日益成為其最有前途的發(fā)展方向。有大量涉及硅藻土／吸附物(或負(fù)載物)界面反應(yīng)的研究亟待開展。但目前國內(nèi)相關(guān)研究還鮮有報道。本工作中，筆者針對界面研究的最基本問題，即主要表面位

3、(包括羥基和酸位)的類型、來源、結(jié)構(gòu)及彼此關(guān)系展開初步研究，并探討了表面酸性的調(diào)控技術(shù)。研究的主要內(nèi)容及所獲成果包括：1)分析發(fā)現(xiàn)，分散不充分和沉降行為差異不明顯是造成物理提純法低效的主要原因。針對此，通過單礦物和試樣的分散、沉降行為條件試驗，分別提出擦洗．超聲分散及選擇性分散．絮凝沉降兩種相應(yīng)的解決方法。用此工藝對廣東b昌助濾劑用二級原土、浙江嵊縣三級原土進行提純，精土質(zhì)量達一級土標(biāo)準(zhǔn)，回收率在50％以上。2)運用漫反射紅外光譜、魔角旋轉(zhuǎn)核磁共振譜等分析技術(shù)，成功地分辨了表面不同類型的羥基及吸附水，并結(jié)合滴定法估算了這些羥基的大致含量。提出了各種吸附水、羥基在煅燒條件下

4、脫附、縮合脫羥的機制。3)通過酸度滴定與氨吸附一漫反射紅外光譜、吡啶吸附一拉曼光譜以及原位毗啶吸附一紅外光譜的研究，分析指出了硅藻土表面酸性的來源；對煅燒處理條件下L、B酸位濃度的變化及其機理進行了詳細(xì)探討。4)提出了表面酸性的調(diào)控手段，闡釋了調(diào)控機理。本研究的創(chuàng)新之處體現(xiàn)在：1)提出用擦洗一超聲分散、和三戊胺選擇性絮凝一沉降的新方法解決物理提純中存在的問題。應(yīng)用相應(yīng)的提純新工藝，無需或僅需稀酸處理，就可將硅藻土．、三級原}：提純?yōu)橐唤q精土，并保持較高的回收率。2)率先較為系統(tǒng)地開展了對硅藻土主要表面反應(yīng)位，即羥基和酸位的研究。詳細(xì)探討了羥基數(shù)量、類型、結(jié)構(gòu)及其在熱處理下

5、的脫羥行為。并提供了相應(yīng)的譜學(xué)證據(jù)。3)分析了表面酸性的確切來源，并給出較為充分的譜學(xué)、滴定分析證據(jù)。提出“應(yīng)調(diào)控硅藻土表面酸性以適應(yīng)不同用途”的見解，明確了酸性調(diào)控的具體手段。包括發(fā)現(xiàn)了一種可顯著提高殼體表面酸性的表面鋁化改性技術(shù)。4)研究中所用的漫反射紅外光譜、魔角旋轉(zhuǎn)核磁共振氫譜、吡啶吸附．拉曼光譜和原位吡啶吸附一紅外光譜技術(shù)，在礦物學(xué)研究中應(yīng)用得還相當(dāng)少。本研究結(jié)果表明，這些分析技術(shù)對表面基團性質(zhì)的研究具有獨特優(yōu)勢。本工作的相關(guān)預(yù)處理、制樣及攝譜技術(shù)對類似研究可能具有普遍的參考價值。I苯文是在廣東省自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所聯(lián)合資助項目《非金屬礦物

6、表面化學(xué)及其在深加工中的應(yīng)用》(批準(zhǔn)號：970748)，和廈門大學(xué)固體表面物理化學(xué)國家重點實驗室開放基金《硅藻土催化載體表面活性調(diào)控研究》(批準(zhǔn)號：9911)的資助下完成的。j關(guān)鍵詞：硅藻土選擇性絮凝．沉降工藝表面羥基表面酸位酸性調(diào)控漫反射紅外光譜魔角旋轉(zhuǎn)核磁共振譜IIAbstractDiatomiteiSnaturalamorphoussilicaengenderedbydepositionofdiatomskeleton．ForitShighporositywithstrongadsorbabilityandexcellentthermalresistance，dia

7、tomiteiSbroadlyusedforfilteraid．catalyticsupport．a(chǎn)dSOrbent．functionalfillerandinsulationmaterial．DiatomiteaspureaspossibleiSpreferablewhenitiSusedforhighvalue—addedproductssuchasfilteraidandfunctionalfilleretc．Accordingly,studiesonpurificationofrawdiatomitearecrucia