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高岭石（Kaolinite）结构稳定，传统热活化合成方钠石（Sodalite）能耗高。研究人员探究机械活化高岭石在温和碱性浸出条件下合成方钠石的潜力。结果表明机械活化可降低粒径、增比表面积，在特定条件下能制备高结晶方钠石，为温和条件合成方钠石提供依据。
在材料科学领域，高岭石（Al?Si?O?(OH)?）作为一种常见的 1:1 型铝硅酸盐粘土矿物，因其储量丰富、成本低廉且环境友好，在众多工业领域都有广泛应用。特别是在沸石合成方面，高岭石凭借其较高的铝和硅含量（约 80%），成为极具潜力的原料。方钠石（Na?Al?Si?O??(OH)?）作为一种重要的低硅铝比沸石，具有高度对称的骨架结构，由 [AlO?]
5?和 [SiO?]
4?四面体形成 β 笼，通过窄孔相互连接。这种独特结构赋予方钠石多种优异性能，如吸附、催化等，在光致变色材料、储氢、二氧化碳吸附以及环境污染物吸附等多个领域都展现出巨大的应用价值。
然而，高岭石天然结构稳定，晶格替换困难，为充分发挥其在方钠石合成中的潜力，传统方法多采用热活化。但热活化过程能耗极高，约 800kJ/mol，在大规模生产中，高昂的能耗不仅增加成本，还对环境造成较大压力。因此，寻找一种更高效、环保的替代方法迫在眉睫。
在此背景下，国内研究人员开展了一项旨在探索机械活化高岭石在温和条件下合成方钠石的研究。研究成果发表于《Applied Clay Science》，为该领域提供了新的研究思路和方向。
研究人员采用了多种关键技术方法。通过 X 射线衍射（XRD）分析样品的物相组成，以此判断高岭石在不同处理条件下的结构变化以及方钠石的生成情况；利用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）对样品的化学键振动进行检测，从分子层面分析反应过程；借助热重分析（TGA）研究样品在加热过程中的质量变化，了解其热稳定性；运用扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）观察样品的微观形貌，直观呈现结构特征。
Effect of activation on kaolinite：研究发现，球磨对高岭石结构影响显著。未处理的高岭石在 (001) 和 (002) 平面间有六个明显反射峰，显示出良好的有序度。而球磨 15 分钟后，这些反射峰几乎消失，尤其是 (1 - 10) 峰。这表明球磨破坏了高岭石的晶格结构，使其有序度降低。进一步研究发现，球磨 2 小时后，高岭石的 D (10) 粒径降低 54.07%，比表面积增加 104.80% 。粒径的减小和比表面积的增大，大大提高了高岭石在碱性条件下的浸出率。
Synthesis of sodalite from mechanically activated kaolinite：在碱性浸出实验中，研究人员发现机械活化后的高岭石合成方钠石的过程较为复杂。在 6M NaOH 溶液中浸出 24 小时，球磨 2 小时的高岭石可制备出高结晶度的方钠石。机械活化破坏了高岭石的晶格，产生结构缺陷和位错，使其框架不稳定，反应活性增强。在碱性浸出时，机械活化高岭石存在两种转化方式：直接转化（高岭石→方钠石）和两步转化（高岭石→A 型沸石（Zeolite A）→方钠石）。高岭石的脱羟基程度决定了转化路径，完全脱羟基的高岭石在碱性浸出时会像热活化高岭石一样发生两步转化；而在碱性条件（≥4M NaOH）下，未完全脱羟基的高岭石则可直接转化为方钠石，且在高岭石表面发生非均相成核。此外，研究还发现，与热活化高岭石相比，机械活化高岭石制备方钠石时，从 A 型沸石转化为方钠石所需的碱性浓度更低，这凸显了机械活化的优势。
研究结论表明，机械活化通过球磨显著提高了高岭石的比表面积，增强了其在碱性条件下的浸出率。在特定的球磨时间、碱性浓度和浸出时间组合下，能够成功制备出高结晶度的方钠石。同时，机械活化高岭石在碱性浸出时存在多种转化路径，且机械活化降低了制备方钠石所需的碱性浓度。
该研究意义重大。从环境角度看，机械活化相较于热活化大幅降低了能耗，符合绿色化学理念，减少了传统高温过程对环境的负面影响；从工业应用角度，为温和条件下合成方钠石提供了可行的新方法，降低了生产成本，提高了生产效率，有望推动方钠石在更多领域的大规模应用，具有广阔的应用前景。
