黏土实验报告.docx

实验报告实验名称: 粘土的结构与性能研究指导老师:兰祥辉实验类型:计算型实验学时: 8学时试验时间: 一、实验目的 1、巩固层状硅酸盐矿物的晶体结构知识; 2、观察并熟悉粘土胶粒的电泳现象,即用宏观电泳仪测定粘土胶体的电泳速度并计算其 Zeta 电位,进行电解质对 Zeta 电位影响的实验; 3、掌握测定粘土阳离子交换容量的方法; 4、通过实验增强材料结构与性能之间关系的理解。二、实验装置及设备 1、高岭石、蒙脱石结构模型 2、 U型管界面电泳仪(见图 6) 3、离心分离机 4、分析天平 5、显微电泳分析系统 6、粘土矿物试样 7、 BaCl2 溶液( 1mol/l )、 H2SO4 溶液( )、 NaOH 溶液( )、酚酞溶液、离心试管、滴定管、锥形瓶、烧杯、移液管等。 1-整流稳压输出端 2.- 直流电压表 3-铂电极 4-电泳管 5-辅助溶液(蒸馏水) 6-泥浆 7-活塞图6U形管界面移动电泳仪装置图三、实验原理一般将高岭石、蒙脱石、伊利石、蛭石等归结为粘土类矿物,为层状结构的硅酸盐矿物。其矿物粒度极细,一般在 ~10 m范围内,具有较高的比表面积, 如高岭石约为 20 m2/g ,蒙脱石约为 100 m2/g ,因而表现出一系列的表面化学性质,如荷电性、离子的吸附与交换、电动电位以及诸如流变、触变、可塑等粘土-水系统的胶体性质。(一) 粘土的结构粘土为典型的层状结构,它是硅氧四面体在二维平面内通过三个共用氧连接而延伸成一个硅氧四面体层,硅氧层中(图 1),处于同一平面的三个氧离子都被硅离子共用而形成一个无限延伸的六节环层,这三个氧为桥氧。另一个顶角向上的氧(自由氧),与硅氧层以外的阳离子如 Al3+ 、 Mg2+ 、 Fe2+ 、 Fe3+ 等相连, 形成 Al-O 、 Mg-O 等八面体。自由氧在空间排列形成六边形网络,因此 Al-O 、 Mg-O 八面体也连成六边形网络。高岭石( Al4[Si4O10](OH)8 )的晶体结构属于三斜晶系 C1 空间群, a0= , b0= , c0= , =91 °36’, =104 °48’, =89 °54’, Z=1 ,是 1:1 型层状结构,层之间的联系主要是氢键,结构单位层间不易进入水分子,可以交换的阳离子容量也小。蒙脱石( (MxnH2O)(Al2-xMgx)[Si4O10](OH)2 )的晶体结构属于单斜晶系 C2/m 空间群, a0≈ ,b0≈ , c0值可变,当结构单位层之间无水时 c0≈ ,如果结构单位层之间有水分子存在,则 c0值将随水分子的多少以及层间可交换的阳离子不同而不同, Z=2 ,为 2:1 型层状结构高岭石的晶体结构蒙脱石的晶体结构(二) 粘土胶体的电动电位电泳是胶体体系在直流电场的作用下胶体分散相在分散介质中作定向移动的电动现象。按照 Gouy-chapman 提出并由 Stein 发展的扩散双电层模型,胶体分散相的电泳现象是由于胶粒与液相接触时。在胶粒周围形成了连续扩散双电层,并在扩散双电层的滑动面上相互均匀液相介质具有一个电位即 Zeta 电位(ζ-电位)。根据静电学原理, ζ-电位的数值与电泳速度有下列关系: