黑棉土膨胀性降低及吸附材料、轻质砖的制备

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1、分类号：ＴＱ１７单位代码：１０１８３２０１５４３４０１５密级：公开研究生学号：馨吉林大学硕士学位论文专业学位（）黑棉土膨胀性降低及吸附材料、轻质砖的制备ＤｌｉｌｉｍｉｎｉｓｈｉｎｇｔｈｅＳｗｅｌｌｉｎｇＲａｔｉｏｓｏｆＢａｃｋＣｏｔｔｏｎＳｏａｎｄＩｔｓＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆＡｄｓｏｒｐｔｉｏｎＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＬｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ作者姓名：黄金秋类别：工程硕士领域（方向）：材料工程指导教师：张培

2、萍教授张伟儒高级工程师培养单位：材料科学与工程学院２０１８年５月—————————————————————黑棉土膨胀性降低及吸附材料、轻质砖的制备—————————————————————DiminishingtheSwellingRatiosofBlackCottonSoilandItsApplicationinPreparationofAdsorptionMaterialsandLightweight作者姓名：黄金秋领域（方向）：材料工程指导教师：张培萍教授张伟儒高级工程师类别：工程硕士答辩日期

3、：2018年5月26日未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制ｘ修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则。，应承担侵权的法律责任吉林大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下。，独立进行研究工作所取得的成果除文中己经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡

4、献的个人和集体，均己在文中。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担以明确方式标明。学位论文作者签名＂日期：山５年月卜日Ｚ摘要黑棉土膨胀性降低及吸附材料、轻质砖的制备摘要黑棉土是由2:1型层状结构的蒙脱石构成，且含量较高，一般可达到70%，导致其具有吸水膨胀、失水收缩的特性，且膨胀性较高。同时又具有许多其他优异的性能，包括高的阳离子交换量和良好的有机物吸附特性等。黑棉土分布广泛，储量丰富，但对其应用的研究尚很少。作为路基材料，由于其吸水膨胀、失水收缩的特性，常常会造成道路塌陷等负面影响，因此需要对其

5、进行改性处理以降低其膨胀性。本文针对肯尼亚地区道路建设中黑棉土存在的问题，采用硅烷对其进行了改性，有效的降低了其膨胀性；同时，还探究了黑棉土的高附加值应用，包括黑棉土作为吸附材料以及轻质建筑材料原料的应用。首先，测试了黑棉土的矿物组成和化学组成，并根据测试结果采用H2SO4或Na2CO3对其进行了预处理。然后，设计了降低黑棉土膨胀性的方法，采用将硅烷溶解于乙醇和水的混合溶剂中，后将原土或预处理土加入其中，在恒温水浴条件下对黑棉土进行硅烷改性的工艺进行了实验，并优选了工艺条件。在7.5%H2SO4和硅烷处理的条件下，

6、黑棉土的自由膨胀率可以由原始的160%降低至15%，使黑棉土的膨胀等级由强膨胀性变为弱膨胀性粘土，甚至于消除黑棉土的膨胀性（参照GB50112-2013标准）。根据改性前后XRD的测试结果，证明改性后黑棉土中蒙脱石的（001）衍射峰发生左移，说明硅烷分子进入到蒙脱石的片层，导致晶面间距增加；相应的，FTIR图谱中改性后蒙脱石的羟基峰明显减弱甚至消失，说明蒙脱石被硅烷接枝，硅烷分子亲水端与片层间羟基的断键发生反应，导致羟基键减弱或消失。反应后，硅烷的疏水端暴露于外侧，改变了其亲水性，降低了黑棉土的自由膨胀性。其次，本

7、文利用黑棉土比表面积大和阳离子交换量高等优异性能，对黑棉土的吸附特性进行了研究。实验分别选取未处理和经过H2SO4处理的黑棉土作为吸附质材料进行了对比研究，探究了吸附剂用量、吸附质用量和吸附时间对吸附效果的影响。实验结果显示：当溶液初始浓度为500mg/L，固液比2g/L，溶液中亚甲基蓝的去除率可接近100%。同时，还探究了两种吸附质原料对于亚甲基蓝的吸附热力学和动力学问题，热力学拟合结果表明，黑棉土对于亚甲基蓝的吸附更加符合Langmuir吸附等温模型，经计算得到黑棉土和硫酸处理黑棉土的最大吸附量分别为104.6

8、mg/g和99.7mg/g，说明黑棉土的吸附效果要优于硫酸处理黑棉土。动力学拟合结果显示，黑棉土对于亚甲基蓝的吸附过程与二级动力学模型更加吻合，说明该反应的吸附速率受化学吸附机理控制。I吉林大学硕士学位论文最后，以黑棉土为原料，火山灰（VA）为骨料制作了轻质建筑材料—多孔粘土砖。通过实验优选了工艺条件，在1000-1050ºC的温度，BCS/VA比为7：3-