無磷洗滌劑助劑——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養(yǎng)化的原因之一，尋找其替代品已成為一個熱點(diǎn)課題。層狀二硅酸鈉由于具有優(yōu)良的陽離子脫除能力、堿性適中、與洗滌劑其它成分配伍性能好被認(rèn)為是優(yōu)良的無磷洗滌劑助劑，具有良好的工業(yè)前景。 本文對新型無磷助洗劑-層狀二硅酸鈉的合成規(guī)律、基本特性、二價陽離子脫除機(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、。突破了國際上通行的需要加入晶種來促進(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間從10小時，縮短到2小時以內(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80℃熱水浸泡1小時，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)過相同的過程，其鈣離子脫除容量降低不超過5％。經(jīng)過80℃熱水浸泡1小時，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)過程中穩(wěn)定性評價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飽和溶液中穩(wěn)定2小時(溶液溫度65-70℃)。 德國學(xué)者對δ-層狀二硅酸鈉陽離子脫除過程的論述不夠充分。XRD、SEM、FT-IR、離子脫除速率

8、等方法對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，在自來水中，δ-層狀二硅酸鈉部分轉(zhuǎn)化為有陽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，部分δ-層狀二硅酸鈉會溶解進(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陽離子脫除過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，開展了工業(yè)生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)。以固體速溶硅酸鈉為原