稀土硝酸鹽對高嶺石分解動力學(xué)和偏高嶺石堿溶特性的影響.pdf

1、高嶺土作為工業(yè)用途極廣的硅酸鹽礦物在我國擁有較為豐富的儲量，關(guān)于高嶺石熱處理活化及其在地聚合物材料中的應(yīng)用一直是研究的熱點(diǎn)課題。稀土元素的特殊性質(zhì)決定了其可以催化某些化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，提高化學(xué)反應(yīng)的速率。本文在充分調(diào)研國內(nèi)外相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，通過高嶺石熱分解動力學(xué)和堿溶特性試驗(yàn)研究明確稀土硝酸鹽對高嶺石的活化作用。
　　將制備好的稀土硝酸鹽摻量為 n(Al)/n(RE)=100的高嶺石進(jìn)行綜合熱分析測試(TG-DTG-DTA)，利用

2、Coats-Redfern積分法、Achar微分法和Ozawa法對熱分析實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行動力學(xué)計算，通過對比摻入五種不同種類稀土硝酸鹽[Er(NO3)3、La(NO3)3、Nd(NO3)3、Pr(NO3)3、Y(NO3)3]的高嶺石的動力學(xué)參數(shù)，研究稀土硝酸鹽對高嶺石熱分解過程的影響。結(jié)果表明：高嶺石脫羥基反應(yīng)過程符合化學(xué)反應(yīng)模型F3機(jī)理，其機(jī)理函數(shù)的積分和微分表達(dá)式分別為：g(α)=(1-α)-2-1和 f(α)=1/2(1-α)3，摻

3、入 Pr(NO3)3的高嶺石脫羥基反應(yīng)機(jī)理函數(shù)與高嶺石相同。摻入 Er(NO3)3、La(NO3)3、Nd(NO3)3和 Y(NO3)3的高嶺石脫羥基過程機(jī)理函數(shù)發(fā)生改變，符合化學(xué)反應(yīng)模型F2機(jī)理，其機(jī)理函數(shù)的積分和微分表達(dá)式分別為：g(α)=(1-α)-1-1和 f(α)=(1-α)2。不同的稀土硝酸鹽對于高嶺石脫羥基過程動力學(xué)參數(shù)的影響程度不同，與未摻入稀土硝酸鹽的高嶺石活化能和指前因子相比，Er(NO3)3、La(NO3)3、Nd

4、(NO3)3以及 Y(NO3)3對于高嶺石脫羥基反應(yīng)過程的活化能和指前因子的值降幅均較為顯著，有助于脫羥基反應(yīng)的進(jìn)行。其中，摻入 Er(NO3)3后活化能和指前因子的值降低幅度最大，分別為37.57％和38.88%；摻入 Pr(NO3)3后二者的值降低幅度最小，分別為8.14%和7.78%。隨著Er(NO3)3摻量的增加，高嶺石脫羥基反應(yīng)活化能快速降低隨后趨于平緩。
　　分別在不同的堿溶液濃度以及堿溶溫度條件下研究 Er(NO3)

5、3摻量 n(Al)/n(RE)=100時對偏高嶺石堿溶特性的影響。采用XRD、SEM和FTIR對堿溶產(chǎn)物進(jìn)行表征，結(jié)果表明：堿溶溫度的提高可以顯著加快堿溶反應(yīng)的進(jìn)行，堿溶濃度對于堿溶反應(yīng)產(chǎn)物的物相組成有較大影響。同時得到偏高嶺石的堿溶過程為：偏高嶺石中的活性硅鋁首先溶解于 NaOH溶液中；溶液中的硅鋁組分進(jìn)一步反應(yīng)形成膠凝相和沸石相前驅(qū)體；根據(jù)堿溶液濃度的不同，沸石相前驅(qū)體會轉(zhuǎn)變成4A沸石相或方鈉石相；4A沸石相隨著堿溶過程的進(jìn)行最終會