無(wú)磷洗滌劑助劑——層狀二硅酸鈉的合成與特性研究.pdf

1、三聚磷酸鈉是性能優(yōu)良的合成洗滌劑助劑，但它是封閉或半封閉水體富營(yíng)養(yǎng)化的原因之一，尋找其替代品已成為一個(gè)熱點(diǎn)課題。層狀二硅酸鈉由于具有優(yōu)良的陽(yáng)離子脫除能力、堿性適中、與洗滌劑其它成分配伍性能好被認(rèn)為是優(yōu)良的無(wú)磷洗滌劑助劑，具有良好的工業(yè)前景。 本文對(duì)新型無(wú)磷助洗劑-層狀二硅酸鈉的合成規(guī)律、基本特性、二價(jià)陽(yáng)離子脫除機(jī)理、在水溶液中的相變化規(guī)律、δ-層狀二硅酸鈉晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、高穩(wěn)定性δ-層狀二硅酸鈉工業(yè)化生產(chǎn)等問(wèn)題進(jìn)行了比較系統(tǒng)的研

2、究，并取得了階段性的進(jìn)展。 本文選取模數(shù)為1.5-2.4的液體硅酸鈉為原料，不添加晶種，在溫度介于630-780℃條件下，比較系統(tǒng)地研究了δ-層狀二硅酸鈉的合成規(guī)律。 研究證明，以模數(shù)為2.1-2.2水玻璃作為原料，在660-780℃的溫度范圍內(nèi)晶化2-8分鐘，可以合成δ-層狀二硅酸鈉含量高于80％的樣品。其中，模數(shù)2.1-2.2水玻璃作為原料，在720-750℃的溫度范圍內(nèi)晶化2-5分鐘，可以合成δ-層狀二硅酸鈉的純相

3、。突破了國(guó)際上通行的需要加入晶種來(lái)促進(jìn)δ-層狀二硅酸鈉結(jié)晶的觀點(diǎn)。 以α-與δ-層狀二硅酸鈉復(fù)合相為α-層狀二硅酸鈉的晶體結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)劑，在780±10℃的溫度范圍內(nèi)，快速合成α-層狀二硅酸鈉的純相，有效地把α-層狀二硅酸鈉的晶化時(shí)間從10小時(shí)，縮短到2小時(shí)以內(nèi)。 在25-60℃，研究了層狀二硅酸鈉的鈣、鎂離子脫除特性，并與4A沸石、速溶硅酸鈉、偏硅酸鈉進(jìn)行比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，δ-層狀二硅酸鈉具有明顯高于4A沸石的鎂離子脫除

4、能力。δ-層狀二硅酸鈉的鈣離子脫除容量，在所研究的范圍內(nèi)(助劑濃度0.1-0.02％)，隨著助劑濃度的降低，鈣脫除容量有所升高，有別于其它助劑。與4A沸石比較，δ-層狀二硅酸鈉在鈣離子脫除速率和深度方面都比較接近。δ-層狀二硅酸鈉的鈣離子脫除速率不及偏硅酸鈉，但在鈣離子脫除深度方面優(yōu)于偏硅酸鈉。 以Al元素作為晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑，通過(guò)適量摻雜的形式引入δ-層狀二硅酸鈉的晶體中，使合成的Al-δ-層狀二硅酸鈉能夠在80℃熱水中保持晶體

5、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定60分鐘，不轉(zhuǎn)化為β-層狀二硅酸鈉，有效地改善了δ-層狀二硅酸鈉的晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，解決了δ-層狀二硅酸鈉容易在水中產(chǎn)生相變的難題。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，通常的δ-層狀二硅酸鈉，經(jīng)過(guò)80℃熱水浸泡1小時(shí)，其鈣離子脫除容量降低30％；而摻雜鋁的δ-層狀二硅酸鈉的典型樣品，經(jīng)過(guò)相同的過(guò)程，其鈣離子脫除容量降低不超過(guò)5％。經(jīng)過(guò)80℃熱水浸泡1小時(shí)，Al-δ-層狀二硅酸鈉的鈣離子脫除速率比普通的δ-層狀二硅酸鈉快。 XRD對(duì)Al-δ-層狀

6、二硅酸鈉的表征證明，鋁元素的引入，能夠有效地抑制雜晶α-層狀二硅酸鈉的形成。MASNMR方法對(duì)Al-δ-層狀二硅酸鈉的原子配位特性進(jìn)行表征，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，所摻雜的鋁，在δ-層狀二硅酸鈉樣品中，以氧化物的形式存在，部分取代SiO2的位置。 建立了δ-層狀二硅酸鈉在普通洗衣粉生產(chǎn)過(guò)程中穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的定性與半定量方法。分別研究了在Na2CO3、Na2SO4、水玻璃、十二烷基苯磺酸鈉(LAS)等的溶液中，Al-δ-層狀二硅酸鈉晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)

7、定性與溶解性。實(shí)驗(yàn)證明，在熱水中，Na2CO3和水玻璃對(duì)Al-δ-層狀二硅酸鈉晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞作用；十二烷基苯磺酸鈉對(duì)Al-δ-層狀二硅酸鈉晶體結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生明顯影響；而Na2SO4對(duì)Al-δ-層狀二硅酸鈉晶體結(jié)構(gòu)有明顯的保護(hù)作用。所生產(chǎn)的含Al的高穩(wěn)定性δ-層狀二硅酸鈉，能夠在含硫酸鈉的過(guò)飽和溶液中穩(wěn)定2小時(shí)(溶液溫度65-70℃)。 德國(guó)學(xué)者對(duì)δ-層狀二硅酸鈉陽(yáng)離子脫除過(guò)程的論述不夠充分。XRD、SEM、FT-IR、離子脫除速率

8、等方法對(duì)δ-層狀二硅酸鈉在不同類型的水溶液中相變產(chǎn)物進(jìn)行表征。實(shí)驗(yàn)證明，在自來(lái)水中，δ-層狀二硅酸鈉部分轉(zhuǎn)化為有陽(yáng)離子交換能力的層狀硅酸鈉kanemite，表現(xiàn)為離子交換特性；同時(shí)，部分δ-層狀二硅酸鈉會(huì)溶解進(jìn)入水中，游離的硅酸根和氫氧根離子與Ca2+、Mg2+形成沉淀。因此證明δ-層狀二硅酸鈉的二價(jià)陽(yáng)離子脫除過(guò)程具有離子交換與沉淀的雙重特征。 以實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為指導(dǎo)，借助企業(yè)的生產(chǎn)條件，開(kāi)展了工業(yè)生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)。以固體速溶硅酸鈉為原