表面活性剂改性粉土抗剪强度特性的研究

表面活性剂随着工业、农业、日常生活等各种活动进入到土体及地下水中,不仅会带来环境污染的风险,还会改变土体的结构等从而影响土体的工程性质。为了合理评估表面活性剂污染土体的工程适宜性,采用阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和阳离子表面活性剂三甲基十六烷基溴化铵(CTAB)对粉土进行改性,通过直剪试验研究其对粉土强度特性的影响。结果表明,表面活性剂改性后的粉土内摩擦角减小,随着表面活性剂浓度的增大,内摩擦角减小的幅值越大,当表面活性剂浓度达2%时,粉土内摩擦角减小23.9%;SDBS改性后的粉土黏聚力大大减小,SDBS浓度为2%时,黏聚力减小91.8%,CTAB改性后粉土黏聚力增大,最大增幅达41.8%;改性粉土中加入不同pH的表面活性剂时,内摩擦角变化很小,表明表面活性剂的酸碱程度对土样内摩擦角影响较小,随着表面活性剂溶液pH的增大,改性粉土的黏聚力呈现出下降的趋势,pH改变了土壤的电荷的分配,改变了土粒间的静电作用,从而引起土体黏聚力的变化。     

Dispersion performance of nanoparticles in water

Engineering Nanoparticles(ENPs)’superior characteristics of adsorption depends on their dispersion in the medium.In this study,multi-walled carbon nanotubes(nonmetal),iron nanoparticles and silver nanoparticles(metallic simple substance),and Nano-TiO2,Nano-Fe2O3 and Nano-ZnO(metal oxide)were selected and respectively added into pure water and aqueous solution with 1%Sodium dodecyl benzene sulfonate(SDBS)surfactant.The dispersion effects were compared by leaving the solutions standing at room temperature under ultrasound.The results show that the dispersion of iron nanoparticles is the lowestamong the six ENPs,and that of multi-walled carbon nanotubes(MWCTS)is the highest.Adding anionic surfactants(SDBS)can obviously improve the dispersion performance of ENPs.The concentration of solution decreases by only 5%in 10 daysafter adding 1%SDBS for ultrasonic dispersion.     

干、湿态单/双链表面活性剂柱撑蒙脱石层间微结构及分子环境比较

以含不同烷基碳链长度(8、12或16个碳原子)的单/双链阳离子表面活性剂对内蒙蒙脱石样品进行了柱撑改性。用XRD和FTIR方法研究了柱撑改性后干、湿样品的层间微结构和分子环境。单链柱撑样品中,烷基链长度增加,柱撑高度也增大。湿样的柱撑高度大多高于干样品,衍射图峰形更为规整,柱撑结构更为均一;双链柱撑样品也是柱撑高度与烷基链长度正相关,但其湿样品的底面间距反而小于干样品。同时,亚甲基伸缩振动的变化趋势与层间距的变化趋势基本一致,即当烷基链长度或数目增加时,有机蒙脱石层间有机相分子的环境更接近于似固态。     

表面活性剂强化空气扰动修复氯苯污染含水层

通过一维砂柱实验研究了阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)对空气扰动技术(air sparging,AS)修复氯苯污染地下水的强化效果.结果表明,SDBS的加入降低了地下水的表面张力,减小了水气两相毛细压力,从而提高了地下水中的空气饱和度.当曝气量为100 mL/min,地下水的表面张力由72.2 mN/m降至49.5 mN/m时,地下水中空气饱和度由13.2%提高至50.1%,而后随着表面张力的进一步降低,空气饱和度不再提高,反而有小幅下降.通过污染物的去除实验发现,SDBS的加入大大提高了氯苯的去除率,且去除率的变化与空气饱和度的变化趋势基本相符.因此,表面活性剂的加入可以作为空气扰动技术一种十分有效的强化手段.      

阴-阳离子表面活性剂复合柱撑蒙脱石的制备与表征

利用阳离子表面活性剂--十六烷基三甲基溴化铵(HDTMAB)和阴离子表面活性剂--十二烷基磺酸钠(SDS)制备了一系列阴-阳离子表面活性剂复合柱撑蒙脱石.同时采用多种测试手段(碳、硫、硅含量分析、X射线衍射分析和热分析)对产物进行结构表征和性能分析.结果表明,SDS难以单独进入蒙脱石层间,但与HDTMAB作用后,SDS可以进入到蒙脱石结构层间.在复合物中有机碳量较低时,SDS对有机碳含量增加贡献明显,但其柱撑效率随着HDTMAB加入量增加而下降,至HDTMAB加入量大于3倍阳离子交换容量(CEC)时趋于平衡.在复合物中有机碳量较高时,HDTMAB负载量有下降的趋势,至HDTMAB加入量大于3倍阳离子交换容量时趋于平衡.SDS进入结构层内总体提高蒙脱石的有机碳含量,明显地增加产物的层间高度,并且改善其热稳定性.     

不同产地矿物对有机-钛柱撑蒙脱石复合材料光催化活性的影响

以钛酸丁酯为前驱体,采用醋酸为酸催化剂制备TiO2溶胶,将制备的溶胶分别加入经表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵改性的河北、临安、安吉、内蒙古膨润土中,制备有机-钛柱撑膨润土复合光催化剂,并对其进行XRD、SEM、BET表征。结果表明,TiO2插入了膨润土层间,并以锐钛矿型的晶形存在,制备的复合光催化剂仍有较好的层状结构,其比表面积均比相对应的不同产地的膨润土的比表面积大。以甲基橙为目标污染物,考察了有机-钛柱撑膨润土复合光催化剂的吸附性能和光催化活性,发现所制备的复合光催化剂具有较好的光催化活性,而且用不同的膨润土合成的催化剂的光催化活性差别很大。膨润土的化学组成和层状结构上的差异是复合催化剂吸附性能和光催化活性差别的主要原因。其中有机-钛柱撑临安膨润土复合光催化剂的光催化活性最好。     

有机蒙脱石层间微结构的分子模拟

采用分子动力学模拟方法,对舍烷基长链阳离子表面活性剂改性有机蒙脱石的层间域内分子环境及烷基长链排列状况进行模拟研究,并考察改性剂负载量与层间域含水量的改变对烷基链排列方式和活动性以及表面活性剂离子中N,C原子的分布状况的影响.1.0倍阳离子交换容量改性的有机蒙脱石在含少量水的情况下(干态),N,C原子均呈双层分布,表明烷基长链为双层平卧排列.含水量的提高(湿态)会导致烷基链从双层分布向在层闻域内均匀分布转变.2.0倍阳离子交换容量改性的有机蒙脱石在舍少量水的情况下(干态),烷基链呈双层倾斜分布于层间域内,烷基链的头部靠近四面体片层.含水量的提高(湿态)对烷基链在层间域内分布状态影响有限,但会导致烷基链整体向层间域中心平面移动,水分子优先占据靠近四面体片层的位置.     

硬脂酸钠改性蒙脱石对水中亚甲基蓝的吸附性能研究

以阴离子表面活性剂硬脂酸钠为改性剂制备了硬脂酸钠改性蒙脱石(NaSTA-MMT).FI-IR和XRD分析表明插层剂已进入蒙脱石层间,且随着硬脂酸钠量的增加蒙脱石层间距从1.274 nm增加到4.805 nm。亚甲基蓝吸附实验表明,硬脂酸钠改性蒙脱石吸附行为遵循伪二级动力学方程。平衡吸附量与平衡质量浓度之间的关系符合Langmuir等温吸附方程所描述的规律。硬脂酸钠改性膨润吸附亚甲基蓝表现为自发的表面物理吸附过程,吸附活化能、吸附焓变和熵变分别为2.36 kJ/mol-、21.47 kJ/mol和-44.45 J/mol.K。     

钙基蒙脱石对抗肿瘤新药卡莫氟的吸附及其缓释性能研究

采用恒温振荡法和透析法进行蒙脱石对抗肿瘤新药卡莫氟(简称HCFU)的吸附和体外释放研究,并采用两种体外释放模型对HCFU在3种不同pH值释放液中的释放实验数据进行拟合,考察两种不同性质蒙脱石对HCFU的吸附性能对比,探讨其吸附和释放行为,以及蒙脱石作为HCFU缓释载体的可行性。结果表明:蒙脱石对HCFU的吸附能力与其晶体结构性质及其纯度密切相关,阳离子交换容量较大、蒙脱石含量较高的MMT-2对HCFU的吸附率、载药量均大于MMT-1,其相应的吸附率和载药量分别达到17.60%和2.28%;蒙脱石对HCFU具有较好的缓释作用,是一种性能优异的药物缓释载体,其释放能力受释放溶液的pH值影响显著,在pH1.2的释放介质中HCFU的释放浓度和累积释放量最大,其次为pH7.4,pH5.0的最小;一级动力学模型能较好地拟合和描述HCFU/MMT复合物在pH7.4和pH1.2释放溶液中的体外释放度随时间的变化,而在pH5.0的释放溶液中,HCFU的释放过程更符合Korsmeyer-Peppas模型。拟合结果表明HCFU从HCFU/MMT复合物中释放的过程随着释放介质的pH值不同而改变,是物理扩散、离子交换作用和药物溶解等多种形式同时存在的释放行为。     

聚苯胺／蒙脱石纳米复合材料的实验制备研究

对聚苯胺 /蒙脱石纳米复合材料的制备方法与制备产物进行了研究。将新疆某地蒙脱石在钠化改型后进行了季铵盐改性处理。以苯胺作为客体物质 ,利用季铵盐 /蒙脱石插层复合物与有机物良好的相容性 ,将季铵盐 /蒙脱石插层复合物分散在苯胺单体中后 ,苯胺单体进入了蒙脱石层间域 ,通过原位聚合法制备了聚苯胺 /蒙脱石纳米复合材料。XRD、SEM、TG_DTA分析结果表明 ,苯胺单体的进入使蒙脱石的层间距大大增加 ,经聚合后聚苯胺 /蒙脱石复合物中蒙脱石及其插层复合物的X射线衍射特征、形态特征和热学性质特征完全消失 ,表明蒙脱石晶层已被剥离分散在聚苯胺中形成聚苯胺 /蒙脱石纳米复合材料。     

蒙脱石层电荷与有机改性蒙脱石凝胶性能关系研究

利用自然沉降法提取了山东两不同产地膨润土中的钙基蒙脱石矿物M1和M2,利用结构式推算法计算了两提纯蒙脱石的层电荷:M1单位半晶胞的层电荷为0.38,M2单位半晶胞的层电荷为0.59;利用十八烷基三甲基氯化铵对蒙脱石进行有机改性,并对有机蒙脱石凝胶性能和层电荷的相关关系进行研究。研究发现:蒙脱石单位半晶胞的层电荷越低,在水中的分散性越好,越有利于十八烷基三甲基铵阳离子的插层,相应有机改性蒙脱石在二甲苯和乙醇体系中的凝胶性能越好(如M1);蒙脱石单位半晶胞的层电荷越高,在水中的分散性越差,越不利于十八烷基三甲基铵阳离子的插层,相应有机改性蒙脱石产品的凝胶性能较差(如M2)。     

导电、导磁聚苯胺纳米复合物的合成与表征

在纳米Fe₃O₄晶体粒子存在的情况下, 用十二烷基苯磺酸钠(SDBS)作乳化剂及分散剂, 通过HCl调节体系的酸度, 合成了导电、导磁的Fe₃O₄-聚苯胺(Fe₃O₄-PANI)纳米复合物, 用X-衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、傅立叶红外(FT-IR)等对该复合物进行了表征, 结果显示: SDBS与HCl发生竞争掺杂行为, 复合物的组成为Fe₃O₄-PANI-DBSA, Fe₃O₄平均粒径约13 nm, 且均匀分布在聚苯胺基体中, 该复合物具有较好的导电性及导磁性, 随着纳米Fe₃O₄含量由7.79%增加到35.34%, 复合物的电导率由1.71 S/m下降至0.41 S/m, 复合物的比饱和磁化强度σ_s则由6.14 A·m2/kg增加到18.11 A· m2/kg, 其矫顽力在0.52~0.73 A/m之间.      

Influence of pH on the interlayer cationic composition and hydration state of Ca-montmorillonite: Analytical chemistry, chemical modelling and XRD profile modelling study

The hydration state of a <2 μm fraction of Ca-saturated SWy-2 montmorillonite was characterised after rapid equilibration (3 hours) under pH-controlled conditions (0.1-12.6 pH range). The solution composition was monitored together with the interlayer composition and X-ray diffraction (XRD) patterns were recorded on oriented preparations. Experimental XRD patterns were then fitted using a trial-and-error procedure to quantify the relative proportions of layers with different hydration states.The montmorillonite is mostly bi-hydrated in basic and near-neutral conditions whereas it is mostly mono-hydrated at low pH. The transition from the bi-hydrated to the mono-hydrated state occurs through very heterogeneous structures. However, the proportion of the different layer types determined from XRD profile modelling and that derived from chemical modelling using Phreeqc2 code strictly coincide. This correlation shows that the hydration modification is induced by a H₃O⁺-for-Ca²⁺ exchange at low pH, the two species being distributed in different interlayers. This layer-by-layer exchange process occurs randomly in the layer stack.Under alkaline conditions, results from XRD profile modelling and from near infrared diffuse reflectance spectroscopy (NIR-DRS) clearly demonstrate that there is no CaOH⁺-for-Ca²⁺ exchange at high pH. The apparent increase in Ca sorption in smectite interlayers with increasing pH is thus probably related to the precipitation of Calcium-Silicate-Hydrate (CSH) phases, which also accounts for the decrease in Si concentration under high-pH conditions. This precipitation is thermodynamically favoured.     

配合物改性蒙脱石及其对直接大红染料的吸附性

利用蒙脱石的层间活性,用过渡金属离子与配位体生成的配合物改性蒙脱石,通过测定改性蒙脱石对直接大红染料的脱色性及XRD图,研究配合物的中心离子种类、配位体种类、制备方法等对蒙脱石层间结构及吸附较大分子化合物性能的影响。结果表明,带正电的配合物离子能够有效进入蒙脱石层间、增大层间距;4或6配位数的配合物改性蒙脱石能明显提高对染料的吸附性;采用金属离子为先驱体,先插入蒙脱石层间,再原位生成配合物的两步法效果较好。     

阳离子交换容量和烷基链链数对有机蒙脱石性能的影响

已有研究表明影响有机蒙脱石性能的因素很多,除了有机改性剂的特性外,蒙脱石的晶体化学特征也是不容忽视的因素。为了探讨烷基链链数和阳离子交换容量与有机蒙脱石性能之间的关系,本文选择3种不同阳离子交换容量的蒙脱石为主体,4种季铵盐阳离子改性剂十八烷基三甲基溴化铵(S18)、双-十八烷基二甲基溴化铵(D18)、十二烷基三甲基溴化铵(S12)和双-十二烷基二甲基溴化铵(D12)为客体,在不同添加量条件下(0.2、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、4.0CEC)制备了多个系列的有机蒙脱石,并用XRD、TG-DTG等手段对产物进行表征。实验结果表明,阳离子交换容量与层间柱撑高度之间不存在明显的相关性,但对表面活性剂在蒙脱石上的吸附量有显著的影响,吸附量随着阳离子交换容量的增加而增加。双链表面活性剂对蒙脱石层的撑开能力比单链更强,在层间具有更复杂的自组装过程,导致其热分解过程更为复杂。     

有机粘土的特性及其对肥料养分的缓释作用

本研究表明 ,表面活性剂 2号不仅可以吸附在蒙脱石、高岭石和凹凸棒石的表面上 ,还可进入蒙脱石的层间 ,将其晶层撑开 ,并以双层小于 65°角斜交于蒙脱石的晶片之间 ,同时有极少量的表面活性剂 2号以单层方式直立于晶片上 ,形成石蜡质构型。由于粘土矿物对表面活性剂 2号的吸附作用 ,使其热性质发生变化 ,去除吸附水的温度降低并出现放热峰。此外 ,还使得有机粘土的含水量和吸湿率较原土有显著降低。有机粘土应用于肥料工业的复混肥生产中 ,不仅可以使其有效成粒率提高 3 0 % ,还可使其养分释放具有显著的缓释效果。     

蒙脱石晶体结构和水结构的矿物物理特征

本文利用矿物物理研究方法对我国内蒙、浙江、甘肃等地的钙基、钠基、镁基蒙脱石的物质成分、晶体结构和层间OH,H_2O的排布结构进行了研究,并获得下列结论: 1.由X衍射和拉曼分子光谱分析深入研究了蒙脱石阳离子配位体结构特征,提出其空间群为C_(2/m) 型。 2.建立了蒙脱石水结构模式,有3种主要类型:①层间大阳离子附近的束缚态水分子;②层间无大阳离子位置上的非束缚态水分子;③颗粒表面依靠氢键相连的水分子集合体。 3.利用群理沦,提出了蒙脱石OH～-的振动模式,由振动分析指出蒙脱石中OH～-具有12个振动模式。     

交换液酸碱度对OTAC在蒙脱石中吸附及复合物凝胶粘度影响

在蒙脱石有机改性体系中,交换液酸碱度对蒙脱石荷电性以及十八烷基三甲基氯化铵(OTAC)的电离度影响很大,进而影响OTAC在蒙脱石中的吸附以及制备复合物的凝胶粘度。研究发现,在pH=3的强酸性交换体系中,蒙脱石端面可变电荷为正电荷,OTAC阳离子和蒙脱石之间静电斥力的存在不利于OTAC在蒙脱石上的吸附,吸附量和吸附率分别是0.943CEC和85.7%,制备复合物的凝胶粘度最低,分别是μ0min为45.67Pa·s,μ30min为16.52Pa·s;在pH=10的弱碱性交换体系中,由于蒙脱石层面和端面均带有负电荷,静电引力更有利于OTAC阳离子在蒙脱石层间交换及表面吸附,其吸附量和吸附率最高,分别为1.097CEC和99.71%,制备复合物的凝胶粘度也较高,分别是μ0min为95.93Pa·s,μ30min为37.67Pa·s;在强碱性交换体系中,当pH=11和13时,蒙脱石对OTAC的吸附量和吸附率降低明显,吸附量分别为1.08CEC和1.058CEC,吸附率分别降到98.20%和96.18%,对应复合物的μ0min分别为96.52Pa·s和93.52Pa·s,μ30min分别为36.57Pa·s和36.53Pa·s,究其原因由于交换液中OTAC阳离子和高浓度的钠离子在蒙脱石层间和表面存在竞争吸附导致蒙脱石层间钠离子的交换难度加大。     

金云母结构修饰及有机改性实验

用酸处理及热处理+钠化综合方法,对金云母进行了结构修饰,得到具有低剩余层电荷的金云母,用十六烷基三甲基溴化铵(HDTMAB)对结构修饰金云母进行了有机插层改性。利用X射线衍射、化学成分分析、差热等方法对制得的样品进行了表征。研究了硝酸用量对金云母层间剩余负电荷的影响。结果表明,随着硝酸用量的增加,金云母阳离子交换容量和层间剩余负电荷逐渐减小;硝酸用量也影响有机分子在金云母层间的插层行为,当硝酸用量为100 mL时,有机分子烷基链在层间呈双层倾斜排列;当硝酸用量为150 mL时,烷基链在层间呈单层倾斜排列。     

Organic Surface Modification and Characterization of Anatase Titanium Dioxide

For the purpose of increasing the dispersion of anatase titanium dioxide(A-TiO2)in organic matrix, the surface organic modification of A-TiO2 with the modifier of sodium stearate and sodium oleate, respectively, was studied. The process condition of modification was optimized, the performance of modified A-TiO2 was characterized and the mechanism between modifier and A-TiO2 was analyzed. The main contents and results are as follows