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Al-δ层状二硅酸钠晶体结构稳定性及α、β相层状二硅酸钠钙镁脱除机理的研究

作　者: 李丽萍
导　师: 董晋湘
学　校: 太原理工大学
专　业: 工业催化
关键词: 层状二硅酸钠 Al-δ层状二硅酸钠表面活性剂无机物晶体结构稳定性离子脱除机理
分类号: TQ649.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

层状二硅酸钠由于具有优良的阳离子脱除能力、良好的缓冲性能、与洗涤剂其它成分配伍性好、环境相容性等优点，被认为是一类具有广泛使用前景的新型无磷洗涤剂助洗剂。Al-δ层状二硅酸钠是δ层状二硅酸钠的同晶取代衍生物。Al-δ层状硅酸钠在热水中晶体结构稳定，有良好的钙、镁离子脱除能力、缓冲能力、去污能力，能够满足洗衣粉前配料工艺需要，解决了层状二硅酸钠应用研究中的重要技术难题。为了进一步详尽地掌握Al-δ层状二硅酸钠在使用中晶体结构的稳定性，为工业应用提供基础技术参数，本文重点考察了洗衣粉中主要组分表面活性剂、无机物对其稳定性的影响。同时，在四种不同水溶液（蒸馏水、自来水、钙离子溶液、镁离子溶液）中，通过考察α、β相层状二硅酸钠相的转变及固体保留率的变化，研究了它们的阳离子脱除机理。参照洗衣粉的基本组成配方，本文考察了表面活性剂（LAS、AOS、K12和AEO-9）对Al-δ-Na₂Si₂O₅晶体结构稳定性的影响。采用XRD、FT-IR、TG分析和Ca²⁺脱除容量对Al-δ-Na₂Si₂O₅及其与表面活性剂水浸后的样品进行了表征。实验结果表明：Al-δ-Na₂Si₂O₅与LAS相互作用后，Al-δ-Na₂Si₂O₅仍然可以保持δ相；LAS对Al-δ-Na₂Si₂O₅晶体结构有保护作用。与K12（或AEO-9，AOS）相互作用后，物相转变成δ和kanemite的混合相。与K12相互作用后，尽管物相转变为混合相，但其对Al-δ-Na₂Si₂O₅晶体结构有一定的保护作用。AEO-9对Al-δ-Na₂Si₂O₅晶体结构没有明显的保护作用。AOS对Al-δ-Na₂Si₂O₅晶体结构有破坏作用。参照洗衣粉的基本组成配方，考察了无机物（无水Na₂SO₄、NaCl、无水Na₂CO₃、水玻璃）对Al-δ-Na₂Si₂O₅晶体结构稳定性的影响。采用XRD、FT-IR、TG分析和Ca²⁺脱除容量对Al-δ-Na₂Si₂O₅及其与无机物水浸后的样品进行了表征。实验结果显示：Al-δ-Na₂Si₂O₅与无机物混合水浸后，物相均由δ相转变成了δ和kanemite的混合相。Na₂SO₄、NaCl、Na₂CO₃对Al-δ-Na₂Si₂O₅晶体结构都有一定的保护作用，而且NaCl对晶体结构的保护作用要比Na2S04更好。水玻璃在mH20／msolid<1时，对Al-δ-Na₂Si₂O₅晶体结构有保护作用。当m_H2O／m_solid＞1时，对Al-δ-Na₂Si₂O₅晶体结构有破坏作用。本文通过考察α、β相层状二硅酸钠在四种不同水溶液（蒸馏水、自来水、钙离子溶液、镁离子溶液）中相的转变及固体保留率的变化，采用XRD、FT-IR、SEM现代仪器分析手段研究了它们的阳离子脱除过程。实验数据表明：在自来水中，β相层状二硅酸钠部分转化为有阳离子交换能力的层状硅酸钠kanemite，表现为离子交换特性：同时还有部分β相层状二硅酸钠会溶解进入水中，游离的硅酸根和氢氧根离子与钙离子和镁离子形成沉淀。证明β相层状二硅酸钠的阳离子脱除过程是具有离子交换和沉淀的双重特征。α相层状二硅酸钠在自来水中部分转化为未知相，其特性与其他层状材料的特性相似。同时部分α相层状二硅酸钠会溶解进入水中，游离的硅酸根和氢氧根离子与钙离子和镁离子形成沉淀。证明α相层状二硅酸钠的阳离子脱除过程也是具有离子交换和沉淀的双重特征。

全文目录

摘要  3-6
ABSTRACT  6-12
第一章文献综述  12-27
  1.1 洗涤剂概述  12
    1.1.1 洗涤剂的组成  12
  1.2 洗衣粉代磷助剂的发展现状  12-14
  1.3 层状二硅酸钠的基本特性  14-27
    1.3.1 δ、α、β相层状二硅酸钠的结构和特性  14-15
    1.3.2 δ相层状二硅酸钠的基本特性及其使用性能  15-24
      1.3.2.1 钙、镁离子脱除能力  16-19
      1.3.2.2 缓冲能力  19-20
      1.3.2.3 吸附性能  20-21
      1.3.2.4 漂白剂的贮存稳定性  21
      1.3.2.5 环境相容性  21-22
      1.3.2.6 δ相层状二硅酸钠的使用性能  22-24
    1.3.3 Al-δ-Na_2Si_2O_5的制备与应用  24-25
    1.3.4 本文的研究内容与背景  25-27
第二章实验部分  27-32
  2.1 实验原料与实验仪器  27-28
  2.2 表面活性剂对Al-δ相层状二硅酸钠的稳定性影响  28
    2.2.1 实验步骤  28
    2.2.2 相对结晶度计算  28
  2.3 无机物对Al-δ相层状二硅酸钠的稳定性影响  28-30
    2.3.1 实验步骤  28-29
    2.3.2 相对结晶度计算  29-30
  2.4 α、β相层状二硅酸钠在不同水中的水解  30
    2.4.1 在四种不同水中的水解测定  30
  2.5 样品表征  30-32
第三章结果与讨论  32-70
  3.1 表面活性剂对Al-δ相层状二硅酸钠的稳定性影响  32-42
    3.1.1 时间对Al-δ-Na_2Si_2O_5稳定性的影响  32-33
    3.1.2 水量(m_(H2O)/m_(solid))对Al-δ-Na_2Si_2O_5稳定性的影响  33-35
    3.1.3 表面活性剂与Al-δ-Na_2Si_2O_5的质量比(m_(sur)/m_δ)对Al-δ-Na_2Si_2O_5稳定性的影响  35-36
    3.1.4 温度的影响  36-37
    3.1.5 X-射线粉末衍射分析  37-38
    3.1.6 热重分析  38-39
    3.1.7 红外分析  39-40
    3.1.8 样品的钙脱除能力测定  40-41
    3.1.9 小结  41-42
  3.2 无机物对Al-δ相层状二硅酸钠的稳定性影响  42-52
    3.2.1 时间对Al-δ-Na_2Si_2O_5稳定性的影响  42-43
    3.2.2 水与固体的质量比(m_(H2O)/m_(solid))对Al-δ-Na_2Si_2O_5稳定性的影响  43-45
    3.2.3 温度的影响  45-46
    3.2.4 X-射线粉末衍射分析  46-48
    3.2.5 热重分析  48-49
    3.2.6 红外分析  49-51
    3.2.7 样品的钙脱除能力测定  51
    3.2.8 小结  51-52
  3.3 α、β相层状二硅酸钠在不同水中的水解  52-70
    3.3.1 α、β相层状二硅酸钠在pH=6.5和pH=10.5的蒸馏水中的水解  52-54
    3.3.2 α、β相层状二硅酸钠在自来水中的水解  54-56
    3.3.3 α、β相层状二硅酸钠在Ca~(2+)溶液中的水解  56-57
    3.3.4 α、β相层状二硅酸钠在Mg~(2+)溶液中的水解  57-58
    3.3.5 α、β相层状二硅酸钠在三种不同水中的钙、镁离子脱除深度  58-60
    3.3.6 X-射线粉末衍射分析  60-62
    3.3.7 红外分析  62-65
    3.3.8 晶体形貌  65-68
    3.3.9 关于α相、β相层状二硅酸钠离子脱除机理的讨论  68
    3.3.10 小结  68-70
第四章结论  70-71
参考文献  71-74
致谢  74-75
在读硕期间所发表的论文及所参加的科研项目  75

Al-δ层状二硅酸钠晶体结构稳定性及α、β相层状二硅酸钠钙镁脱除机理的研究

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