改性皂土制备复合干燥剂的研究

荣俊锋，程波，张红阳，聂蓉蓉，付雅婷，魏世晋

(安徽理工大学 化学工程学院，安徽 淮南 232001)

皂土是一种性能优良、用途广泛的天然矿物材料，在地壳中储藏丰富，分布广泛，我国的储量世界第一。在造纸、制药、催化和食品工业等领域应用广泛，常称为“万能粘土”[1-2]。皂土比表面积大，易于吸附，具有优良的胶体性。对于皂土处理包括：酸洗、水洗和热活化。酸洗就是利用酸溶液来除去原皂土中的杂质，原理即为一些吸附在皂土内的杂质能够溶于酸溶液中，从而洗去杂质。水洗是利用水溶液来去除杂质。热活化则是去除水分，加热，利用不同的温度来去除水分。研究发现，酸洗可以增加干燥剂的吸水性能[3-7]。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

无水氯化钙、中性红、皂土、微晶纤维素均为分析纯。

LYL-16CMA-3马弗炉；FA-1004电子天平；SHZ-DIII循环水式多用真空泵。

1.2 实验方法

皂土破碎过200目筛。用5 mol/L的硫酸溶液按固液比3∶1 g/mL浸泡，70 ℃下静置酸化1 h。过滤，水洗至中性，800 ℃锻烧2 h，破碎、过筛，即得干净皂土[2-7]。

以酸洗后皂土为原料，加入无水氯化钙、微晶纤维素和中性红试剂等，制备复合型干燥剂。为保证干燥器密封性，使用前在接口处涂抹凡士林。用称量皿称量一定量干燥剂，置干燥器上部，盖顶盖，保持干燥器内部的水分分压稳定在室温饱和蒸汽压。吸湿率按国标GB/T 6287—1986《分子筛静态水吸附测定方法》[8]。

2 结果与讨论

2.1 酸洗对皂土吸水率的影响

取2 g酸化后皂土与原皂土进行吸水对比实验。每隔6 h记录一组数据，吸水率随时间的变化见图1。

图1 酸化皂土与原皂土吸水率对比Fig.1 Comparison of water absorption of acidifiedbentonite and original bentonite

由图1可知，由于皂土本身具有一定的吸水率，随着时间延长，皂土质量增加。前8 h两者吸水率差异不明显，吸水率基本上保持相同，从16 h后，酸化的皂土的吸水率大于原皂土。这是由于皂土在酸化过程中，酸中H+置换或溶出皂土中金属阳离子，皂土结构中电荷失衡，导致活化吸附中心增加，进而增强其吸附性能[6-7]。

2.2 干燥剂制备条件单因素实验

2.2.1 无水氯化钙用量对吸水率影响 分别按5∶2∶1，5∶3∶1，5∶4∶1控制皂土、氯化钙、微晶纤维素质量比，分别称取皂土0.5 g，无水氯化钙0.2 g，微晶纤维素0.1 g，三者均匀混合，制粒(5∶2∶1)。5∶3∶1 和5∶4∶1同理。研究无水氯化钙质量对复合干燥剂吸水性能影响，结果见图2。

图2 无水氯化钙用量与吸水率关系Fig.2 The relationship between anhydrous calciumchloride dosage and water absorption

由图2可知，复合干燥剂吸水率随无水氯化钙用量增加而增加，无水氯化钙用量为0.4 g时吸水效果最好。因为氯化钙的强吸水特性増强了皂土对水分的吸收，皂土内部的较大内表面积也促进了氯化钙吸水后水分在干燥剂内部的传递和贮存[6-7]。

2.2.2 微晶纤维素用量对吸水率影响 称取皂土0.5 g，无水氯化钙0.4 g及不同用量的微晶纤维素，三者均匀混合，制粒。微晶纤维素用量对吸水率的影响见图3。

图3 微晶纤维素用量与吸水率关系Fig.3 The relationship between the amount ofmicrocrystalline cellulose and water absorption

由图3可知，复合干燥剂吸水率随时间延长吸水率增加，微晶纤维素用量三者差别不大，其用量的影响较小。实验发现，微晶纤维素可以很好地解决渗液问题，因为微晶纤维素自身具有氢键，能将水分锁住[6-7]。

2.2.3 皂土用量与吸水率关系 称取不同用量的皂土，无水氯化钙0.4 g，微晶纤维素0.2 g，三者均匀混合，制粒。皂土用量对吸水率的影响见图4。

图4 皂土用量与吸水率关系Fig.4 Relationship between bentonite dosageand water absorption

由图4可知，随皂土用量增加，吸水率逐步上升。皂土用量0.5 g时，吸水率变化最为明显，一直呈上升趋势，皂土用量影响大于微晶纤维素影响[1-7]。

2.3 正交实验结果

在单因素实验的基础上，对皂土用量、无水氯化钙用量、微晶纤维素用量进行正交实验，以吸水率为指标，因素水平见表1，结果见表2[7-14]。

表1 因素水平表Table 1 Factor and level table

由表2可知，各因素主次无水氯化钙(B)>皂土(A)>微晶纤维素(C)，最优方案为A2B2C3，即皂土∶无水氯化钙∶微晶纤维素(质量比)=5∶3∶3，吸水率为103%[10-14]。

表2 正交实验结果Table 2 Orthogonal test results

3 结论

以皂土为主要原料，无水氯化钙、微晶纤维素和中性红等为添加剂，制备复合干燥剂的优化条件为：皂土∶无水氯化钙∶微晶纤维素(质量比)=5∶3∶3。该复合干燥剂吸水率在100%以上，吸水后颜色有明显变化。该复合干燥剂绿色环保，制备方法简单，有较强应用前景。