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摘 要

硅酸镁锂（hectorite），俗称为锂皂石，具有纳米特性，且拥有许多优异的性能表现。例如在水溶液中，锂皂石相比于其他同类物质，更容易形成凝胶，所形成的硅酸镁锂凝胶的各项性能也非常卓越。因为硅酸镁锂其本身是一种白色且无毒性的物质，经常被来用使用于建筑性材料、化学工艺品、医用药物、食品添加剂等多个畛域，并日益受到寰球很多国家的相关领域的学者关注。与此同时，锂皂石本身又是一种极为稀缺的矿石原料，全世界的储量都是极少的，随着人类社会的发展，少量的矿产资源已经无法满足其越来越大的工业需要，因此，为了解决天然锂皂石矿物资源日益稀少、投产能力尚未不足的状况及瓶颈，各国相关领域的研究者们开始着眼于提高锂皂石的制备技术，大力拓展其应用范围,不断进行改进。本文将着手于分析锂皂石的组成及其微观构造，归纳纯样锂皂石矿物和改性之后的产品所具有的性质，总结目前世界上主流的其制备方法，对其在今后的发展过程中不断开拓的新的应用前景进行展望。在试验阶段，将通过水热合成法以LiOH 、MgCl₂、NaOH、SiO₂等为主要原料制备出无机性硅酸镁锂凝胶，并对其进行结构与性能的表征，最后将对无机性质的硅酸镁锂凝胶进行有机改性。分析探讨各因素对合成效率与改性效率的影响。

关键词：锂皂石 人工合成 应用 有机改性

Preparation of Hectorite

Abstract

Hectorite has also known as Laponite, It has applications in many domains, owing to its marvellous performance, such as in aqueous solution with a strong gelling performance, with excellent thixotropy, dispersion, suspension and thickening. The pure sample of lithium magnesium silicate is white, non-toxic, tasteless, and non-volatile. It is a species of stuff with nano characteristics, which is often used in many fields such as building materials, chemical crafts, medical drugs, food additives, etc., and more and more man of learning all over the world show solicitude for it. At the same time, Laponite itself is a kind of extremely scarce ore raw material, and the reserves in the world are very few. With the development of human society, a small amount of mineral resources has been incapable to satisfied its louder and louder industrial demands. Therefore, in order to solve the situation and bottleneck of the scarcity of natural Laponite mineral resources and the insufficient production capacity, researchers in related fields of various countries They began to focus on improving the preparation technology of lithium saponite, vigorously expanding its application scope, and constantly improving. This paper will start with the analysis of the composition and microstructure of spodumene, summarize the properties of pure spodumene minerals and modified products, summarize the current world's mainstream preparation methods, and look forward to the new application prospects in the future development process. In the experimental stage, the inorganic magnesium silicate gel was prepared by hydrothermal synthesis with LiOH, MgCl₂, NaOH and SiO₂ as main raw materials. The structure and properties of the gel were characterized. Finally, the inorganic property of magnesium silicate gel was modified. The effect of various different elements on synthesis workpiece ratio and modification productiveness was analyzed.

Key Words: Laponite; synthesis; application; Organic modification

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1锂皂石的制备方式的演化过程 2

1.1.1 天然锂皂石矿物的提纯 2

1.1.2锂皂石的人工合成 3

1.2锂皂石的改性研究 4

1.2.1原位法 5

1.2.2吸附法 5

1.2.3有机物质交换正离子 5

1.3锂皂石的应用 6

1.3.1在吸附剂和化工中的应用 6

1.3.2作为催化剂载体的应用 7

1.3.3锂皂石在促成骨类药物中的应用 7

第二章 实验部分 8

2.1实验的材料与设备 8

2.2样品的合成实验 8

2.3硅酸镁锂结构的表征 9

2.4阳离子交换容量的测定 10

2.5硅酸镁锂凝胶的表征 11

第三章 实验结果分析 12

3.1原料物质配比 12

3.2反应温度 12

3.3反应时间 13

3.4有机改性分析 13

第四章 结语及展望 15

参考文献 16

致  谢 18

第一章 绪论

锂皂石，属于蒙脱石-皂石族矿物的结构的一种矿物，其结构通式为(Na,Li)_X{(Mg_3-X,Li_X)₃[Si₄O₁₀](OH)₂}·nH₂O,在微观上，可看成两个硅-氧四面体和一个镁-氧八面体在竖直方向上做有规律的重复出现，这种结构单元相互组成就形成了锂皂石矿物的基本结构。图1向我们展示了层状硅酸盐矿物的一般结构。图2显示了锂皂石颗粒尺寸和表面带电情况，研究发现，锂皂石颗粒呈现层片状晶体结构，是一种属于纳米颗粒结构的无机物。锂皂石的层片间有着许多的水合一价钠正离子或着是二价钙正离子,他们的存在是为了来调节体系中正电荷数量的不足。当锂皂石存在于水中时，容易发生膨胀现象，形成凝胶，在这其中包含了数目巨量的水网络结构,因此，它的悬浮性、分散性得到提高，与此同时，触变性和增稠性也都表现较好,此外，它还具有吸附指数即吸附性高等优点。也正因为锂皂石有这些优良的性质，才使得它被广泛应用于日用的化工行业、催化剂及纳米医用材料等领域。不幸的是，能经过开采处理后投产的锂皂石资源特别有限，而且就目前的生产开发能力，所实现的产能转化率很低。虽然在自然界中存在的有限的天然锂皂石矿物可以通过各种技术来使产物的纯度及其使用转化率提高，但是由于各种因素、条件未能达到满意的效果，该类产品中还是会包含些许的矿物杂质，这些矿物杂质必定会影响后面的工艺流程的持续稳定的推进。随着基础科技的进步，研究者们可以通过模拟自然界中锂皂石矿物所形成时的自然条件，在实验室通过相应的设备去创造条件，以开发新的工艺改性手段合成锂皂石，这类人工合成出来的锂皂石具有许多优点，例如组分稳定，损耗率低且纯度较高，在未来进一步的改进研究下可补充和取代锂皂石矿物，实现对现有资源的保护。与天然的锂皂石矿物相比之下来说，人工合成的锂皂石性能更佳，可以根据不同的需求制备具有不同功能性的原料，未来可适用于各个领域。在当今研究领域，制备锂皂石的方法主要分为三个方面，一是对大自然中的锂皂石矿物进行提纯；二是通过人工改进工艺，合成锂皂石；三是对符合生产条件的蒙脱石进行锂化改型，目前主流的合成方法是经过人工改进工艺，进行锂皂石的合成，其中水热法和微波法是被绝大部分研究者所使用，但由于这两种方法尚在起步阶段，仍存在许多实际问题，有很大的提高空间。

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