合成膨润粘土矿物制造技术

膨润粘土矿物是由八面被氧包围的金属离子中间层（八面体层）、被夹在两个含硅原子的四面体（四面体层）中组成的三层的单元晶片并将许多该单元三层片任意堆积而成。粘土晶片的尺寸为０．０１～０．１微米，堆积的三层的单元晶片数平均为１～２０片，同时，在八面体层中最多约３０％（原子）金属离子被低价离子取代，在四面体层中最多约１５％（原子）硅离子被低价离子取代，并且在这些层中至少在一层中发生这样的取代，这些层由于取代的结果而正电荷不足。膨润粘土矿物的制备方法如下：将含有粘土组份的水溶液的ｐＨ值调节到３～９，溶液温度升至６０～３５０℃，并在此条件下保持到反应所需时间，ｐＨ值一直保持在上述范围内。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
合成膨润粘土矿物本专利技术涉及一种新的合成膨润粘土矿物及其制备方法。粘土矿物是一种固体物质，基本上由金属和氧原子组成，其晶格为层状结构。此层状结构由三个叠层构成。在这三层的单元结构的中间层基本上是三价或二价金属离子(阳离子)层。基本上为三价离子的粘土矿物的例子是蒙脱石和拜来石，基本上为二价离子的粘土矿物的例子有锂蒙脱石和皂石。中间层的这些金属离子与周围的氧和羟基离子呈八面体配置。带有三价离子的粘土矿物中三个八面体位置中的两个被金属离子所占有。一般这样的粘土被称之双八面体粘土矿物。带有二价金属离子的粘土矿物中，三个八面体位置中全被金属离子占据，则称之为三(个)八面体粘土矿物。这种中心是金属离子的八面体层的上下两边是中心为离子的四面体层。所述四面体的中心离子一般是硅离子，同时，部分硅离子可任选被锗取代。以硅离子为中心的四面体单元是Si2O5(OH)。在这里应予指出的是在四面体层和八面体层中的电荷实际点经常是不能明确地平均区分的。本文中所用的术语“离子”的概念是一个完全离子化结构的原子的状态，并具有与氧化态相应的静电荷。对于粘土矿物最重要的性能是其部分阳离子能被低价离子所取代。这样，八面体层中的部分三价或二价离子可分别被二价或一价金属离子取代。在蒙脱石中基本上是发生三价金属离子的取代，而在锂蒙脱石中则基本上是二价金属离子的取代。另外，四面体层中四价的硅离子也可被三价铝离子所取代。关于在八面体层中几乎只有三价离子的粘土矿物，就是拜来石，而在八面体层中几乎只有二价离子的粘土矿物是皂石。自然，被低价离子取代将导致粘土晶片的正电荷不足。这些正电荷不足可由晶片间包含的阳离子来平衡。一般，这些阳离子以水合物形式存在，它可使粘土膨润化。三层的单元晶片间的距离由于水合物阳离子包合而增大。通过包合水合阳离子而膨润的能力正是粘土矿物的一种特性。如果没有金属离子或硅离子被低价离子取代，这些粘土晶片便不会产生电荷，那么这粘土矿物的中间层也不能吸附任何水，因而也就不会膨润。仅在八面体层中有铝和四面体层中有硅的粘土矿物是叶蜡石，而-->在八面体层中只有镁和四面体层中为硅的是滑石。膨润粘土中每单位晶粒-O10(OH)2的负电荷为0.2～0.6的即为众所周知的蒙脱石。膨润粘土矿物中间层的阳离子是高度水合的。结果，这些离子便成为可移动的，并可随时被交换。这种交换是将粘土矿物悬浮于可向中间层提供阳离子的浓溶液中进行的。进行交换的结果该高浓度形成一定的梯度。当交换完成时，通过过滤，优选是离心分离和水洗，除去浓溶液，然后，如必要的话，再通过渗析分出最后一些未与中间层键合的金属离子。粘土片的负电荷不仅可用水合物阳离子，也可用(水合)氢离子、H3O+来平衡。在此情况下，粘土可起固体酸的作用，可用于重要的催化技术。粘土矿物悬浮于浓酸中不能向中间层提供更多氢离子。实际上发现酸和粘土结构中的阳离子发生反应，致使这些离子被从粘土结构中除去。这些阳离子在中间层位置中最后消失。如上所述，向水合粘土矿物提供质子酸基团，一般可使中间层的金属离子发生水解，结果生成氢离子。中间层中的水被还原时，例如通过热解吸过程，酸强度增加。由于水量较少，残余的水分子被金属离子强烈极化。当水被完全除掉时，质子酸基团消失。如果希望质子酸的性质在升高温度时可影响粘土矿物，可向中间层提供(水合)铵离子。加热时，水和氨选出，而质子保留下来。天然粘土矿物早已应用于液相和气相催化反应。一般，粘土矿物的催化活性决定于其中的质子酸和路易斯酸基团。在常规的液相酸催化反应中经常使用硫酸。硫酸可产生质子酸基团，同时进一步脱水，因它与水有很强的化合性能，并产生不希望的较高分子副产物。结果生成大量的目前尚难找到用途的被污染的硫酸、酸焦油。作为催化剂的硫酸大量被中和成硫酸铵，它可作为低级肥料处理，只有对还生产和/或销售其它各种肥料的部门有用。在需用路易斯酸催化剂进行的合成中，如弗里德尔-克拉夫茨合成，经常使用金属氯化物，如氯化铝，作催化剂。当反应完成后，氯化铝水解导致生成大量强腐蚀性氢氧化铝悬浮液。因此，使用硫酸和路易斯酸作催化剂，如氯化铝或氯化锌时，必须进行回收。所以需要适用于酸催化反应的固体催化剂。为此，本专利技术的-->目标之一就是提供一种用于液相和/或气相反应的固体酸催化剂，而这些反应原来使用的是质子酸和/或路易斯酸。在这方面最重要的是粘土矿物的水合度。如果在工艺中使用与水不混溶的液体反应物，在粘土矿物表面有水存在会阻碍反应物和粘土表面之间的充分接触。而水会首先润湿粘土表面。因此，在许多液相反应中，使用粘土时需预先脱水。但这样处理还必须不要大量减少易于接近的粘土表面。还有，使用的反应试剂必须深度干燥。在液相反应中使用固体催化剂的另一主要问题是催化剂与反应混合物的分离。一般，有效的办法是过滤或离心分离。众所周知，大多数的天然粘土矿物通常将变为可压缩的滤饼。这样，通过过滤或离心分离从反应产物和未反应物中分离粘土矿物是很繁重的。因此，本专利技术的目标之一是提供一种易于从反应产物和未反应物中分离的粘土矿物的方法。使用非均相催化剂的催化反应存在的另一问题是在多孔催化剂中的传质障碍问题。在液相反应中的扩散系数一般比在气相中要低104倍。因此，当使用高孔隙度固体催化剂进行液相反应时，快速传质的难度更大。特别是在有机化学反应中传质障碍对选择性有很大的不利影响。以苯烷基化反应为例，希望二或三取代反应产物量尽可能少些，这只有使反应物和反应产物尽快通过固体催化剂送出才有可能。这就需要孔短而宽的催化剂。本专利技术的第三个目标就是提供一种孔短而宽、能够快速与液相分离的粘土矿物。总之，用作液相反应催化剂的粘土矿物应该符合下列，部分是矛盾的要求：(i)必须可能进行完全的脱水反应，而又不使与反应物接触的活性表面明显减少。(ii)易于与进行反应的液相分离。(iii)有良好的传质性能，这就要求孔宽而短。但孔隙要短则需要催化剂粒度要小，这样又会使与液相的分离更加困难。在气相反应中，粘土矿物曾特别用于石油馏份的催化裂化。30年代未以前，天然粘土矿物大量地用于石油馏份的催化裂化。但不久，便被无定形氧化铝-二氧化硅催化剂所取代，它可更好地满足工业裂化工艺的要求。以无定形氧化铝-二氧化硅为基料，通过喷雾干燥很容易制得-->50～200微米、耐磨的催化剂颗粒。这样的催化剂颗粒可以很简便地通过气流输送从再生区送至裂化区。随后，到60年代，开发出以沸石为基础的裂化催化剂。该催化剂表现出较高的活性和选择性。从天然粘土矿物可以制出所需尺寸的只含沸石晶体的催化剂颗粒，但是，一般小的沸石晶体(约1微米或更小)含有起粘合作用非晶型的氧化铝-二氧化硅。由于沸石孔隙度的限制，后来重质石油馏份裂化不再使用沸石。现在，天然粘土矿物的单元片晶较大，约为＞1～30微米，同时，大多数粘土片是由20～50个单元片晶堆积而成。因此，脱水后，中间层不易接触，催化活性表面较小。现在发现，脱水粘土矿物的可接触表面可以通过粘土矿物“层柱化”而显著扩大。在用金属离子交换的情况下，可向粘土层之间提供特别是铝、锆、钛和/或铬的水合低聚物和聚合物。脱水时，金属氧化物“柱”留下。脱水后粘土层之间的距离可达0.6～1.6钠米。通过安置较大的“柱”也可使粘土层之间距离更大。这就使其有可能用于重质本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种膨润粘土矿物，它由三层的单元晶片构成，所述三层的单元晶片含有有一八面被氧包围的金属离子的中间层（八面体层），所述中间层两侧为两个四面围绕含硅原子的层（四面体层）所包围，膨润粘土矿则一定量的这样的单元晶片任选堆积而成，其特征在于粘土晶片尺寸为０．０１～１微米，堆积的三层单元晶片数为１～２０片，同时，八面体层中最多有３０％（原子）金属离子被低价离子取代，四面体层中最多有１５％（原子）硅离子被低价离子取代，这种取代至少在所述各层的一层内发生，所述各层由于取代的结果而缺乏正电荷。

【技术特征摘要】
NL 1994-9-2 94014331.一种膨润粘土矿物，它由三层的单元晶片构成，所述三层的单元晶片含有有一八面被氧包围的金属离子的中间层(八面体层)，所述中间层两侧为两个四面围绕含硅原子的层(四面体层)所包围，膨润粘土矿则一定量的这样的单元晶片任选堆积而成，其特征在于粘土晶片尺寸为0.01～1微米，堆积的三层单元晶片数为1～20片，同时，八面体层中最多有30％(原子)金属离子被低价离子取代，四面体层中最多有15％(原子)硅离子被低价离子取代，这种取代至少在所述各层的一层内发生，所述各层由于取代的结果而缺乏正电荷。2.根据权利要求1所述粘土矿物，其特征在于八面体层有铝、铬、铁(III)、钴(III)、锰(III)、镓、钒、钼、钨、铟、铑和/或钪以三价离子存在。3.根据权利要求1或2所述粘土矿物，其特征在于八面体层中有镁、锌、镍、钴(II)、铁(II)、锰(II)和/或铍以二价离子存在。4.根据权利要求1～3所述粘土矿物，其特征在于八面体层中有以一价离子存在的锂。5.根据权利要求1～4所述粘土矿物，其特征在于在四面体层中有硅和/或锗以四价组份存在，并有铝、硼、镓、铬、铁(III)、钴(III)和/或锰(III)以三价组份存在。6.根据权利要求1～5所述粘土矿物，其特征在于锌和镁一起进入八面体层，同时，粘土片尺寸通过选择镁和锌之比而定。7.根据权利要求1～6所述粘土矿物，其特征在于粘土晶片中存在的羟基基团部分可用氟取代。8.根据权利要求1～7所述粘土矿物，其特征在于孔径大于6纳米孔的内表面积不小于150米2/克。9.根据权利要求1～8所述粘土矿物，其特征在于所述粘土矿物采用(金属)离子(如铝、锌、铬和/或硅)的低聚或聚合羟基络合物进行层柱化的。10.根据权利要求1～9所述粘土矿物，其特征在于含有要制备的粘土组份的水溶液的pH值为3～9，溶液温度为60～350℃，并在所述条件下保持到反应所需的时间，期间pH值仍保持在所述范围内。11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于用水玻璃和铝酸盐溶液开始，该溶液经过酸化，使其pH值达到将结合进入粘土结构的金属离子仍可溶解的水平，然后使这样获得的悬...

【专利技术属性】
技术研发人员：RJMJ福格尔斯，JW赫斯，
申请(专利权)人：阿克苏诺贝尔公司，壳牌国际研究有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]