测定膨润土（蒙脱石）阳离子交换容量CEC有什么意义?

膨润土（蒙脱石）晶层中的阳离子具有可交换性能,在一定的物理—化学条件下,不仅Ca2+、Mg2+、Na+、K+等可相互交换,而且H+、多核金属阳离子（如羟基铝十三聚体）、有机阳离子（如二甲基双十八烷基氯化铵）也可交换晶层间的阳离子.阳离子交换性是膨润土（蒙脱石）的重要工艺特性,利用这一特性,可进行膨润土的改型,由钙基膨润土改型为钠基膨润土、活性白土、锂基膨润土、有机膨润土、柱撑蒙脱石等产品.阳离子交换容量（Cation Exchange Capacity）是指PH值为7的条件下所吸附的K+、Na+、Ca2+、Mg2+ 等阳离子总量,简称为CEC.膨润土矿阳离子交换容量和交换性阳离子是判断膨润土矿质量和划分膨润土矿属型的主要依据, CEC值愈大表示其带负电量愈大,其水化、膨胀和分散能力愈强；反之,其水化、膨胀和分散能力愈差.如北票市膨润土阳离子交换容量CEC 为66.7mmol/100g,阜新市的膨润土阳离子交换容量CEC 为85.55 mmol/100g,内蒙古优质膨润土阳离子交换容量CEC为115—139 mmol/100g.
研究表明,蒙脱土的片层中间的CEC通常在60-120mmol/100G范围内,这是一个比较适合与聚合物插层形成纳米复合材料的离子交换容量.因为如果无机物的离子交换容量太高,极高的层间库仑力使得无机物片层间作用力过大,不利于大分子链的插入；如果无机物的离子交换容量太低,无机物不能有效地与聚合物相互作用,不足以保证无机物与聚合物基体的相容性,同样不能得到插层纳米复合物材料.适宜的离子交换容量、优良的力学性能使得蒙脱土成为制备PLS纳米复合材料的首选矿物.CEC值和膨润土（蒙脱石）的内表面积与蒙脱石含量呈正相关关系,用阳离子交换容量CEC 为100mmol/100g的膨润土和 用阳离子交换容量CEC 为61mmol/100g的膨润土制备插层纳米复合物材料,尽管层间距相差不大(d001=1.98和1.91nm),但比表面(421.5和127.2m2.g-1)和吸氨量(318.3和80.7mg.g-1)却有较大的差别. 与原料土的比表面(76.0和90.5m2.g-1)及吸氨量(49.2和62.1mg.g-1)相比,分别增加5.5和1.4倍及6.5和1.3倍,比表面和吸氨量的增加倍数有一定的对应关系. 这说明层电荷密度主要影响材料的表面性质. 由于层间距(d001)的变化主要取决于交联剂的大小, 因而不同层电荷密度对于采用同种的交联剂制备材料的层间距影响不大.
测定CEC的方法很多,如定氮蒸镏法、醋酸铵法、氯化铵-醋酸钠法、氯化铵-无水乙醇法、氯化铵-氨水法、氯化钡-硫酸法等.目前,膨润土CEC测定是依据国标JC/T 593—1995（膨润土试验方法）.具体方法如下：
（1）方法提要
用含指示阳离子NH4+的提取剂处理膨润土矿试样,将试样中可交换性阳离子全部置换进入提取液中,并使试样饱和吸附指示阳离子转化成铵基上.将铵基土和提取液分离,测定提取液中的钾、钠、钙及镁等离子,则为相应的交换性阳离子量.
（2）主要试剂和材料
a. 离心机：测量范围为0～400r/min；
b. 磁力搅拌器：测量范围为50～2 400r/min’
c. 钾、钠、钙、镁混合标准溶液〔c(0.01Na+、0.005Ca2+、0.005Mg2+、0.002K+)〕称取0.5004g碳酸钙(基准试剂),0.201 5g氧化镁(基准试剂),0.5844g氯化钠(高纯试剂)和0.1491g氯化钾(高纯试剂)于250mL烧杯中,加水后以少量稀盐酸使之溶解(小心防止跳溅).加热煮沸赶尽二氧化碳,冷却.将溶液移入1 000mL容量瓶中,用水稀释至刻度,摇匀,移于干燥塑料瓶中保存；
d. 交换液：称取28.6g氯化铵置于250mL水中,加入600mL无水乙醇,摇匀,用1+1氨水调节pH为8.2,用水稀释至1L,即为0.5mol/L氯化铵-60%乙醇溶液.
e. EDTA标准溶液〔c(0.01EDTA)〕：取3.72g乙二胺四乙酸二钠,溶解于1 000mL水中.
标定：吸取10mL0.01mol/L氯化钙(基准试剂)标准溶液于100mL烧杯中,用水稀释至40～50mL左右.加入5mL4mol/L氢氧化钠溶液,使pH≈12～13,加少许酸性铬蓝K-萘酚绿B混合指示剂,用EDTA溶液滴至纯蓝色为终点.
c1= c2·V3/ V4
式中：
c1——EDTA标准溶液的实际浓度,mol/L；
c2——氯化钙标准溶液的浓度,mol/L；
V3——氯化钙标准溶液的体积,mL；
V4——滴定时消耗EDTA标准溶液的体积,mL.
f. 洗涤液：50%乙醇,95%乙醇.
（3）试验步骤
称取在115～110℃下烘干的试样1.000g,置于100mL离心管中.加入20mL50%乙醇,在磁力搅拌器上搅拌3～5min取下,离心(转速为300r/min左右),弃去管内清液,再在离心管内加入50mL交换液,在磁力搅拌器上搅拌30min后取下,离心,清液收集到100mL容量瓶中.将残渣和离心管内壁用95%乙醇洗涤(约20mL),经搅拌离心后,清液合并于上述100mL容量瓶中,用水稀释至刻度,摇匀,待测.残渣弃去.
交换性钙、镁的测定,取上述母液25mL,置于150mL烧杯中,加水稀释至约50mL,加1mL1+1三乙醇胺和3～4mL4mol/L氢氧化钠,再加少许酸性铬蓝K-萘酚绿B混合指示剂,用0.01mol/LEDTA标准溶液滴定至纯蓝色,记下读数V5,然手用1+1盐酸中和pH为7,再加氨水-氯化铵缓冲溶液(pH=10),再用0.01mol/LEDTA标准溶液滴至纯蓝色记下读数V6.
交换性钾、钠的测定：取25mL母液于100mL烧杯中,加入2～3滴1+1盐酸,低温蒸干.加入1mL1+1盐酸及15～20mL水,微热溶解可溶性盐,冷却后溶液移入100mL容量瓶中,以水稀释至刻度、摇匀,在火焰光度计上测定钾、钠.标准曲线的绘制：分取0、3、6、9、12、15mL钾、钠、钙、镁混合标准溶液于100mL容量瓶中,加入2mL1+1盐酸,用水稀释至刻度、摇匀.在与试样同一条件下测量钾、钠的读数,并绘制标准曲线(此标准系列分别相当于每100g样中含有0、170、345、520、690、860mg的交换性钠和0、60、120、175、240、295mg的交换性钾.
（4）结果计算
钙、镁的含量按下式计算：
交换性钙g/100g= （40c5V5）/（2.5m3）
交换性镁g/100g=[ 24c5(V6-V5)]/ （2.5m3）
式中：
c5—EDTA标准溶液的实际摩尔浓度mol/L；
V6、V5—滴定时耗用EDTA标准溶液的毫升数,mL；
m3——试样质量,g.
钾、钠的含量按(10)式计算：
交换性钾(g/100g)= Kmg /（2.5m3）
交换性钠(g/100g)= Namg/（2.5m3）
式中：
Kmg,Namg—由标准曲线上查得的钾钠的毫克数；
m3——试样质量,g.