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高岭土应用技术研究进展
发布日期:2014-4-2
 

    我国是全世界利用高岭土资源最早的国家,主要的生产省份有江苏、江西、浙江、福建、湖南、广东、广西等地。高岭土在日常生活与国民经济中的应用十分广泛,现已用于油漆、涂料、造纸、橡胶、塑料、陶瓷、电缆、水泥、汽车、纺织、环保、化学、农业、耐火材料等诸多行业。目前国内对高岭土的研究以对其性质的深层次认识为主,并不断拓宽其在更多领域中的应用。另外,从80 年代开始,我国高岭土产品由初加工向精加工、由普通产品向新科技产品得到进一步发展。
    1 高岭土应用于催化裂化催化剂研究进展
    由于原油日益重质化和劣质化,炼油工业普遍以提高重油渣油的掺炼比作为主要的炼油加工途径。重油的含硫量、含氮量、含酸量以及含金属量较高,黏度也偏高,因此FCC催化剂应提供良好的催化活性、基质活性、抗酸碱性、反应选择性及抗重金属污染能力。在催化剂中,高岭土作为惰性载体一般不具备参与裂化反应的活性。而现阶段,高岭土经过改性可具有一定的孔结构和裂化性能,可增强基质活性,使基质上的重油分子得到初步裂解。
    在FCC 催化剂中,高岭土充当一定量的基质可以使催化剂更加稳定,并确保负载活性部分与重油分子的预裂化,而高岭土的品质与催化剂性能密切相关。高岭土具有较高的酸催化活性和水热稳定性,同时其表面的弱酸性对重油分子(直径大于5nm)产生很强的裂化作用。另外,催化剂性能也与高岭土的颗粒大小有关,高岭土颗粒变小,可提高催化剂的强度。由于高岭土质地较软,品质较优,价格较低,使其在FCC 催化剂的研究开发过程中受到大家青睐。
    2 高岭土应用于插层复合材料研究进展
    20 世纪60 年代,高岭土应用于插层方面的研究探索才逐渐起步,刚开始人们利用有机小分子量的化合物来衡量高岭土的膨胀性能,同时可用来鉴别粘土矿物。目前,随着对高岭土探究认知的日益加强,人们不断开发出高岭土新型有机复合材料,并逐渐展现出其在诸多领域的优越性。
    与传统方法相比,插层法一般是由层状聚合物或有机物分子插入层状无机物中而制备出插层复合材料。复合材料经过插层法后,不仅可以改善其力学性能,还可以获得很多新的功能特性。作为一种新型材料,高岭土插层复合物在催化剂、电性能材料、环境工程材料、功能陶瓷材料、选择型吸附剂等领域均有重要的研究价值和广阔的应用前景。因此,插层法的研究与利用已成为人们关注的焦点。
    3 高岭土应用于合成沸石分子筛研究进展
    高岭土的主要化学成分是硅和铝,可作为硅铝源,用于合成沸石分子筛过程。利用催化剂喷雾高岭土原材料并成型的方法将其制备成微球,接着将高岭土微球通过原位晶化技术,使微球上的硅铝源在碱性环境中逐渐溶解,结构重新排列并形成沸石,剩下的部分微球变成为基质。该过程微球中将产生多条孔道,沸石便出现在微球的内孔道和外表面上。其中,高岭土微球原位晶化后可用作催化剂,如果将其制成Y 型沸石,将具备特有的性质与优点。
    利用高岭土合成的沸石分子筛,包括催化剂在内,比通常所用的凝胶法更具有优越性。其沸石活性、颗粒大小、水热稳定性、抗重金属性等特性均得到很大的改善。又由于高岭土价格较低、原料易得、合成过程成本不高,使其在学术研究领域和工业生产领域都受到人们的广泛关注。
    4 高岭土应用于制备纳米材料研究进展
    20 世纪80 年代末期,在德国首先利用惰性气体凝集法制备出纳米颗粒,从理论到性能全面研究了该技术,并提出了纳米材料的相关概念。此后,纳米材料和纳料技术广泛应用于各个领域,由于具有光、电、磁、声、力学方面的特殊性能,在宇航、国防、环保等领域均有应用,不仅在高科技领域,在传统工业中也同样充满生机与活力。纳米颗粒具有表面效应、小体积效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等,由此产生传统固体颗粒不具有的很多特殊性能。
    但是由高岭土制备的纳米材料,其方法有很多种可能性,是否可以找到一种简单经济可行的方法,使纳米颗粒均匀地分散在复合体系中,是否可以开发出功能更多,性能更优的纳米材料,这些都是值得关注的课题。
    总的来说,多种高岭土制备的纳米材料将逐步地被开发生产出来,高岭土纳米材料学将逐步在多种行业中具有广阔的发展前景。
    5 高岭土应用于生产无机化工产品研究进展
    无机化工产业作为基础性化学工业,利用天然矿物原材料,加工生产出的产品具有应用广泛、需求量大的特点,在国民经济中占有重要地位。特别是近年来的精细专用产品使无机化工工业有了新的发展,无机盐不仅被广泛应用于原料业,也逐渐发展为材料业的一部分。而工业科技领域相对较发达的国家,对无机原料的需求量比其他国家更大。据统计,全球范围无机产品有l3000 多种,其中我国约有l000 种,生产能力、产量位居世界第二。
    我国高岭土资源丰富,遍布二十多个省市自治区。过去高岭土应用于陶瓷、分子筛、催化剂等行业,随着科技不断进步,高岭土又可以应用于很多新的化工行业,如铝酸钠、硅酸钠、硫酸钾铝、聚硅酸铝、碱式氯化铝铁、二氧化硅系列、纳米材料、各种分子筛等产品。
    现如今我国的无机化工产业的发展前进目标为综合运用新设备和新方法,有效拓宽原料应用范围,使产品实现高纯化、精细化、多样化、系列化、复合化,产品市场完善化,使生产过程投资较少,工艺简便,技术成熟,灵活性强,生产加工途径几乎不造成环境污染。其产品的生产工艺更能有效利用资源,适应各领域和社会经济的发展,同时加快我国无机化工产业的前进步伐,其前景值得人们关注和深入研究。
    6 高岭土应用于内墙乳胶漆研究进展
    随着环保越来越受到人们关注,乳胶漆、UV 固化涂料等污染小的涂料逐渐成为人们的焦点。其中乳胶漆具备安全环保、干燥迅速、施工方便等特点,在建筑领域得到飞速发展,同时也推进了功能性填料高岭土的应用和发展,高岭土能够用来部分代替乳胶漆及一些装饰漆中的钛白粉。
    随着乳胶漆技术研究的迅猛发展,对原材料的性能质量要求也越来越高,乳液、颜料、助剂等方面的研究日趋成熟,但对填料的研究相对较少,对一些填料的选择应用并不合理。乳胶漆产品发展迅速,但竞争也日益激烈,把握质量和成本是提高竞争力的关键。这与原材料的选择使用密切相关,煅烧高岭土在乳胶漆中可以部分替代钛白粉,并配合钛白粉可提供很好的遮盖力和展色力。由于高岭土粒子可以改善颜料粒子间隔,提高涂层的反射率和颜色强度;又因其吸油量较低,可较大量的添加于配方中而不破坏漆膜性能,在不影响光泽、遮盖力、柔韧性及其他性能的前提下极大地降低涂料成本。因此,高岭土可广泛用于水性或溶剂型平光漆、半光漆、蛋壳光漆及特种涂料中。
    7 高岭土应用于制备介孔氧化硅材料研究进展
    介孔材料是孔径2 到50nm 的材料,它具有较大的孔隙率、吸附量及比表面积。由于该材料拥有表面效应、小尺寸效应、量子限域效应、介电限域效应、宏观量子隧道效应等方面的性质,使其在吸附、分离、催化裂化、废水处理等行业得到充分利用。二十世纪九十年代,Mobil 公司最先提出制备MCM-41 型介孔氧化硅材料,其很快便由于性能和用途方面的优势成为研究的焦点。Dongyuan Zhao 等科学家[24]以两性共聚物EO20PO70EO20 作为结构指向剂,制备出结构规整的介孔氧化硅材料SBA-15,它不仅水热稳定性良好,而且孔径可调,这一研究成果极大地推动了介孔材料的发展。
    高岭土矿藏量大、开采容易、处理简单、硅铝含量高,以其作为原料通过水热法制备介孔材料,具有方法简便、成本较低、无需模板等优点,拓宽了介孔材料的制备途径与研究范围,使其在废水处理及化学催化裂化等领域具有广阔的应用前景。

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