[发明专利]一种水溶液中蒙脱石-有机物之间偶极相互作用的测量方法

说明书

本发明目的在于提供一种水溶液中蒙脱石‑有机物之间偶极相互作用的测量方法，属于表面‑分子间力的技术领域，通过该方法，不仅提高了蒙脱石表面的疏水性，而且通过测试不同亲水基团的QASs与蒙脱石相互作用后的蒙脱石分散性，宏观比较有机基团‑蒙脱石间的偶极作用强弱，最后通过仪器分析技术对疏水絮团作用及偶极相互作用进行了表征，分析了QASs对蒙脱石疏水化改性的强弱，最终得出水溶液中有机基团‑蒙脱石间的偶极相互作用规律。

技术领域

本发明属于表面-分子间力的技术领域，具体涉及一种水溶液中蒙脱石-有机物之间偶极相互作用的测量方法。

背景技术

蒙脱石-有机物纳米复合材料是材料科学中的一个重要研究方向。有机物（表面活性剂、聚合物等）在工业应用中会改变蒙脱石颗粒的表面特征和蒙脱石分散体的胶体行为，形成的有机衍生物包括用于污染防控吸附剂、用于太阳能的直接转化、储存和利用的三维网状蒙脱土/水杨酸复合相变材料等等（Yi, H., Ai, Z., Zhao, Y., Zhang, X., Song,S., 2020. Design of 3D-network montmorillonite nanosheet/stearic acid shape-stabilized phase change materials for solar energy storage. Sol. EnergyMater. Sol. Cells 204, 110233）。Bergaya等人发现聚合物中添加少量无机纳米粒子可以增强聚合物的性能（Bergaya, F., Detellier, C., Lambert, J.F., Lagaly, G.,2013. Introduction to clay-polymer nanocomposites (CPN), 2nd ed, Developmentsin Clay Science）。因为粘土聚合物纳米复合材料（CPN）具有比常规无机填料聚合物复合材料无法比拟的优势( 如优异的力学、热学性能和气体阻隔性能等)，粘土基聚合物纳米复合材料(CPN)的发展已引起了广泛的关注。

通过QASs进行简单的阳离子交换对蒙脱石进行表面改性，就可使CPN更具有多功能性和高效益。QASs的疏水端绝大多数都是长链饱和烷烃结构（-CH₂-），因此，QASs亲水端-蒙脱石间范德华相互作用在有机粘土科学中十分重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水溶液中蒙脱石-有机物之间偶极相互作用的测量方法，通过该方法，不仅提高了蒙脱石表面的疏水性，而且通过测试不同亲水基团的QASs与蒙脱石相互作用后的蒙脱石分散性，宏观比较有机基团-蒙脱石间的偶极作用强弱，最后通过仪器分析技术对疏水絮团作用及偶极相互作用进行了表征，分析了QASs对蒙脱石疏水化改性的强弱，最终得出水溶液中有机基团-蒙脱石间的偶极相互作用规律。

本发明采用如下技术方案：

一种水溶液中蒙脱石-有机物之间偶极相互作用的测量方法，包括如下步骤：

第一步，将季铵盐表面活性剂QASs溶于水中，得到QASs水溶液；

第二步，将QASs溶液稀释到目标浓度，添加到配置好的蒙脱石悬浮液中，在400-600r/min的剪切速率下，搅拌3-10min，使QASs吸附到蒙脱石表面；

第三步，采用法国Setaram C80型微量热仪测定蒙脱石表面的水化热和试剂吸附热，设定30℃恒温状态，检测精度为0.10μW，在测试过程中，将0.1-0.3g改性前和改性后的蒙脱石样品及1-3mL的去离子水分别放在膜混合反应池的底部和上部，用铝箔膜将两者隔开，待温度达到平衡后，用膜混合池自带的顶针刺破铝箔膜，使去离子水和蒙脱石样品接触，用Dataacquisition软件记录水化热过程的热流曲线，数据收集至吸附平衡时为止，对热流曲线进行积分，分别得到改性前和改性后的蒙脱石样品的水化热值；