高温热处理凹凸棒石结构、表面性质演化

凹凸棒石粘土作为干燥剂、油脂脱色吸附剂、除磷吸附剂、催化剂或催化剂载体等产品的加工都需要热处理，或者需要在高温下使用。但是对凹凸棒石在各种热工条件下的结构、表面性质变化规律及其机制缺少清楚的认识和理解，严重制约了凹凸棒石热活化以及在各种热工条件下的应用。本项目利用原位加热XRD、场发射扫描电镜、固体核磁共振谱、高分辨透射电镜、BET比表面和孔径分布分析及化学分析等手段，研究凹凸棒石经历不同高温热处理晶体结构、孔结构、晶体形貌、铝离子配位演变规律；利用原位加热红外光谱、程序升温吸脱附质谱在线分析，研究凹凸棒石中各种不同状态水的脱除过程；以NH3、SO2、H2O、吡啶等作为分子探针，利用程序升温吸脱附漫反射红外光谱和质谱分析，研究热处理凹凸棒石表面性质变化与脱水、结构热演化、结构孔道折叠的关系，认识热处理凹凸棒石性质变化的本质。成果对矿物物理学和矿物材料研究具有重要的理论和实际意义。

课题组按照基金任务书中的计划安排开展研究工作，先后有3名教师5名研究生参加项目研究，完成XRD分析228个样品、透射电镜分析24个样品、扫描电镜分析43个样品、BET分析34个样品、核磁共振分析22个样品、热重分析18个样品、红外分析124个样品、程序升温吸脱附水和氨实验495小时，开展系统的静态和动态吸附除磷实验研究。XRD原位加热分析技术揭示热处理凹凸棒石晶体结构演变规律；利用小型质谱仪在线检测凹凸棒石程序升温脱水附曲线，建立脱水和结构演化、相变的关系；核磁共振分析查明热处理凹凸棒石晶体结构中铝离子配位和结构状态变化，查明热处理凹凸棒石晶体结构中Si的配位和结构状态变化；BET-N2吸附揭示热处理凹凸棒石比表面积变化规律；界定了热处理凹凸棒石水化结构恢复的临界温度，认识了热处理凹凸棒石形貌变化规律，探明热处理凹凸棒石表面酸碱位的变化规律。查明不同温度下煅烧不同类型的凹凸棒石粘土吸附除磷作用矿石，查明了煅烧凹凸棒石粘土吸附除磷的本质和机制。澄清了前人对热处理凹凸棒石理化性质和吸附除磷认识的误区，为凹凸棒石粘土的开发、高值化以及综合利用奠定了理论基础。本课题组参加各类学术会议11人次（包括研究生），培养硕士研究生4名，申请发明专利13项，已授权发明专利8项；发表期刊论文24篇，其中SCI刊源论文12篇，EI刊源论文8篇。