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，一般用100g膨润土可交换的阳离子毫摩尔数表示。
　　膨润土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85.55mmol/100g，内蒙古优质膨润土阳离子交换容量CEC为115-139mmol/100g。
　　今天，粉体技术网就与大家分享一下膨润土阳离子交换量及交换性阳离子含量的测定方法。
 
1、原理
 
　　用氯化钡溶液处理膨润土，钡离子与膨润土中交换性阳离子发生等量交换，交换出的阳离子用原子吸收分光光度计测定钠、钾、钙和镁含量。膨润土中交换性钡与硫酸镁反应，生成硫酸钡沉淀，以消耗加入的标准硫酸镁溶液测定出膨润土的阳离子交换量。
 
2、仪器设备
 
　　原子吸收分光光度计：波长范围190～900nm，火焰原子化器；
　　天平：0.0001g；
　　电动离心机：相对离心力3000g；
　　电动振荡机：往返式，震荡频率为120次/min，振幅20mm。
 
3、样品处理
 
（1）试剂
 
　　氯化钡溶液[c（BaCl2）＝0.1mol/L]：称取24.43g二水氯化钡，溶解并稀释在1000mL容量瓶内。
　　氯化钡溶液[c（BaCl2）＝0.0025mol/L]：量取25mL0.1mol/L氯化钡溶液稀释在1000mL容量瓶内。
　　硫酸镁溶液[c（MgSO4）＝0.0200mol/L]：称取4.93g七水硫酸镁，溶解并稀释在1000mL容量瓶内。
　　注：七水硫酸镁结晶有时会失去部分结晶水，可在pH＝10的条件下以铬黑T为指示剂用EDTA标准溶液标定其含量。
 
（2）处理步骤
 
　　称取1.00g已烘干的膨润土样品，放入50mL离心管中，加盖称重（m1）。加入30mL氯化钡溶液（0.1mol/L），机械振荡1h，在相对离心力3000g条件下离心10min，倒出悬浮液到100mL容量瓶；再重复上述过程两次以上，悬浮液都加入到100mL容量瓶内并用氯化钡溶液（0.1mol/L）调整到100mL刻度。此为滤液A。
　　用30mL氯化钡溶液（0.0025mol/L）分散沉淀膨润土，机械振荡1h，静置5h以上，在相对离心力3000g条件下离心10min，倒出上层清液。
　　称量离心试管、沉淀膨润土和盖（m2），然后加入30mL硫酸镁溶液（0.0200mol/L）分散沉淀膨润土，机械振荡1h，静置5h以上，，在相对离心力3000g条件下离心10min，倒出上层清液并经7cm直径的滤纸过滤到锥形烧瓶中。此为滤液B。
　　按上述步骤不加膨润土进行试验作为空白对照样。
　　注1：当膨润土阳离子交换量≤40mmol/100g时，试样称量宜用2.5g。
　　注2：在具备相应标准溶液和原子吸收测定条件下，用本方法滤液A能够定量测定铁、锰、铝和其他交换性阳离子。
 
4、阳离子交换量测定
 
（1）试剂
 
　　盐酸溶液：c（HCl）=12mol/L。
　　镁标准溶液[c（Mg）=0.0010mol/L]：移取50.0mL硫酸镁溶液（0.0200mol/L）到1000mL容量瓶，用水稀释到1000mL刻度。
　　硝酸镧溶液[c（La）=10mg/L]：称取15.6mg六水硝酸镧（相对分子质量432.9），加42mL盐酸溶液（12mol/L）和水溶解，稀释到1000mL容量瓶中。
　　镁标准溶液系列：分别移取0mL、1mL、2mL、3mL、4mL和5mL硫酸镁溶液（0.0010mol/L）到相应的100mL容量瓶中，加入10mL硝酸镧溶液（10mg/L），用水调整至刻度，分别制备0mmol/L、0.01mmol/L、0.02mmol/L、0.03mmol/L、0.04mmol/L和0.05mmol/L镁标准溶液。在波长285.2nm处，用空气乙炔火焰在原子吸收分光光度计上分别测定吸光度，并以镁的浓度为横座标，吸光度为纵坐标绘制标准工作曲线。
 
（2）分析步骤
 
　　分别移取锥形瓶中的滤液B和对照空白试液0.200mL到100mL容量瓶，加入10mL硝酸镧溶液（10mg/L），用水稀释到刻度。在波长285.2nm处，用空气乙炔火焰在原子吸收分光光度计上分别测定吸光度，并从标准曲线中对照计算出滤液B的镁浓度（C1）和空白试液的镁浓度（Cb1）
 
（3）计算方法
 
　　阳离子交换量（CEC）按下式计算：
 

　　式中：
 
CEC：试样的阳离子交换量，mmol/100g
Cb1：空白试液的镁浓度，mmol/L
C2：修正后的滤液B中的镁浓度，mmol/L
M：试样的质量，g
C1：滤液B中的镁浓度，mmol/L
m1：离心试管与干试样质量，g
m2：离心试管与湿试样质量，g
 
5、交换性钠和钾离子含量的测定
 
（1）试剂
 
　　氯化铯溶液：称取10g氯化铯（相对分子质量168.4），溶解在少量水里，加入83mL盐酸溶液（12mol/L），用水稀释到1000mL。
　　钾钠储备溶液[p（K）=1000mg/L，p（Na）=400mg/L]：研磨氯化钾和氯化钠，在400℃～500℃烘8h或在200℃烘24h，在干燥器中冷却至室温。称取1.9068g氯化钾和1.0168g氯化钠，一起溶解在少量水里，用水稀释到1000mL。
　　稀钾钠储备溶液[p（K）=100mg/L，p（Na）=40mg/L]：移取25.0mL钾钠储备溶液（p（K）=1000mg/L，p（Na）=400mg/L]），用水稀释到250mL。
　　钾钠标准溶液系列：移取0mL、5mL、10mL、15mL、20mL和25mL稀钾钠储备溶液（p（K）=100mg/L，p（Na）=40mg/L）至50mL容量瓶，加入10.0mL氯化钡溶液（0.1mol/L）和5.0mL氯化铯溶液（），用水调整至刻度，制备分别含有0mg/L、10mg/L、20mg/L、30mg/L、40mg/L和50mg/L钾及含有0mg/L、4mg/L、8mg/L、12mg/L、16mg/L和20mg/L钠的标准溶液。在波长589.0nm和766.0nm处，用空气乙炔火焰在原子吸收分光光度计上分别测定吸光度，并以钠钾的浓度为横座标，吸光度为纵坐标绘制标准工作曲线。
 
（2）分析步骤
 
　　分别移取滤液A和对照空白试液2.0mL到试管，加入1.0mL氯化铯溶液，随后加入7.0mL水，在波长589.0nm和766.0nm处，用空气乙炔火焰通过原子吸收分光光度计分别测定滤液A和对照空白试液的吸光度，并从标准曲线中对照计算出滤液A的钠含量（p3）和钾含量（p4）及空白试液中的钠含量（pb3）和钾含量（pb4）。
 
（3）计算方法
 
　　交换性钠和钾离子含量按下式计算：
 
b（Na）=2.1749（p3-pb3）/m
b（K）=1.2788（p4-pb4）/m
 
式中：
 
b（Na）：试样的交换性钠含量，mmol/100g；
b（K）：试样的交换性钾含量，mmol/100g；
p3：滤液A的钠含量，mg/L；
p4：滤液A的钾含量，mg/L；
pb3：空白试液中的钠含量，mg/L；
pb4：空白试液中的钾含量，mg/L；
m：试样的质量，g。
 
6、交换性钙和镁离子含量的测定
 
（1）试剂
 
　　盐酸溶液[c（HCl）=4mol/L]：移取330mL盐酸溶液（12mol/L）用水稀释到1000mL。
　　氯化镁溶液[p（Mg）=100mg/L]：称取0.836g六水氯化镁，溶解在少量水里，稀释到1000mL。
　　氯化钙溶液[p（Ca）=1000mg/L]：称取已在400℃烘2h处理的碳酸钙2.497g到1000mL烧杯，用12.5mL盐酸溶液（4mol/L）溶解，煮沸去除二氧化碳，冷却到室温，稀释至1000mL。
　　混合钙镁溶液[p（Mg）=5mg/L，p（Ca）=50mg/L]：分别移取5.0mL氯化镁溶液（100mg/L）和5.0mL氯化钙溶液（1000mg/L），一起放在100mL容量瓶中并用水稀释至刻度。
　　钙镁标准溶液系列：分别移取0mL、2mL、4mL、6mL、8mL和10mL混合钙镁溶液（p（Mg）=5mg/L，p（Ca）=50mg/L）至100mL容量瓶，加入10.0mL氯化钡溶液（0.1mol/L）和10mL硝酸镧溶液（10mg/L），用水稀释至刻度，制备分别含有0mg/L、0.1mg/L、0.2mg/L、0.3mg/L、0.4mg/L和0.5mg/L镁及含有0mg/L、1mg/L、2mg/L、3mg/L、4mg/L和5mg/L钙的标准溶液。在波长285.2nm和422.7nm处，用空气乙炔火焰在原子吸收分光光度计上分别测定吸光度，并以钙镁的浓度为横座标，吸光度为纵坐标绘制标准工作曲线。
 
（2）分析步骤
 
　　分别移取容量瓶中的滤液A和对照空白试液各1.0mL放入试管，加入1.0mL硝酸镧溶液（10mg/L），随后加入8.0mL水，在波长285.2nm和422.7nm处，用空气乙炔火焰通过原子吸收分光光度计分别测定滤液A和对照空白试液的吸光度，并从标准曲线中求得稀释滤液A的钙含量（p5）和镁含量（p6）及稀释空白试液中的钙含量（pb5）和镁含量（pb6）。
 
（3）计算方法
 
　　交换性钙和镁离子含量按下式计算：
 
b（Ca）=8.2288（p5-pb5）/m
b（Mg）=4.9903（p6-pb6）/m
 
式中：
 
b（Ca）：试样的交换性钙含量，mmol/100g；
b（Mg）：试样的交换性镁含量，mmol/100g；
p5：滤液A的中的钙含量，mg/L；
pb5：空白试液中的钙含量，mg/L；
p6：滤液A的中的镁含量，mg/L；
pb6：空白试液中的镁含量，mg/L；
m：试样的质量，g。
 
来源：《GB/T 20973-2007 膨润土》
编辑整理：粉体技术网
 

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