膨潤(rùn)土（蒙脫石）晶層中的陽(yáng)離子具有可交換性能，在一定的物理—化學(xué)條件下，不僅Ca2+、Mg2+、Na+、K+等可相互交換，而且H+、多核金屬陽(yáng)離子（如羥基鋁十三聚體）、有機(jī)陽(yáng)離子（如二甲基雙十八烷基氯化銨）也可交換晶層間的陽(yáng)離子。陽(yáng)離子交換性是膨潤(rùn)土（蒙脫石）的重要工藝特性，利用這一特性，可進(jìn)行膨潤(rùn)土的改型，由鈣基膨潤(rùn)土改型為鈉基膨潤(rùn)土、活性白土、鋰基膨潤(rùn)土、有機(jī)膨潤(rùn)土、柱撐蒙脫石等產(chǎn)品。
陽(yáng)離子交換容量（Cation Exchange Capacity）是指PH值為7的條件下所吸附的K+、Na+、Ca2+、Mg2+ 等陽(yáng)離子總量，簡(jiǎn)稱為CEC，單位為土。膨潤(rùn)土礦陽(yáng)離子交換容量和交換性陽(yáng)離子是判斷膨潤(rùn)土礦質(zhì)量和劃分膨潤(rùn)土礦屬型的主要依據(jù)， CEC值愈大表示其帶負(fù)電量愈大，其水化、膨脹和分散能力愈強(qiáng)；反之，其水化、膨脹和分散能力愈差。如北票市膨潤(rùn)土陽(yáng)離子交換容量CEC 為66.7mmol/100g，阜新市的膨潤(rùn)土陽(yáng)離子交換容量CEC 為85.55 mmol/100g，內(nèi)蒙古優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土陽(yáng)離子交換容量CEC為115—139 mmol/100g。
研究表明，蒙脫土的片層中間的CEC通常在60-120mmol/100G范圍內(nèi)，這是一個(gè)比較適合與聚合物插層形成納米復(fù)合材料的離子交換容量。因?yàn)槿绻麩o(wú)機(jī)物的離子交換容量太高，極高的層間庫(kù)侖力使得無(wú)機(jī)物片層間作用力過(guò)大，不利于大分子鏈的插入；如果無(wú)機(jī)物的離子交換容量太低，無(wú)機(jī)物不能有效地與聚合物相互作用，不足以保證無(wú)機(jī)物與聚合物基體的相容性，同樣不能得到插層納米復(fù)合物材料。適宜的離子交換容量、優(yōu)良的力學(xué)性能使得蒙脫土成為制備PLS納米復(fù)合材料的首選礦物。CEC值和膨潤(rùn)土（蒙脫石）的內(nèi)表面積與蒙脫石含量呈正相關(guān)關(guān)系，用陽(yáng)離子交換容量CEC 為100mmol/100g的膨潤(rùn)土和 用陽(yáng)離子交換容量CEC 為61mmol/100g的膨潤(rùn)土制備插層納米復(fù)合物材料，盡管層間距相差不大(d001=1.98和1.91nm)，但比表面(421.5和127.2m2。g-1)和吸氨量(318.3和80.7mg。g-1)卻有較大的差別. 與原料土的比表面(76.0和90.5m2。g-1)及吸氨量(49.2和62.1mg。g-1)相比，分別增加5.5和1.4倍及6.5和1.3倍，比表面和吸氨量的增加倍數(shù)有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系. 這說(shuō)明層電荷密度主要影響材料的表面性質(zhì). 由于層間距(d001)的變化主要取決于交聯(lián)劑的大小, 因而不同層電荷密度對(duì)于采用同種的交聯(lián)劑制備材料的層間距影響不大。
測(cè)定CEC的方法很多，如定氮蒸鎦法、醋酸銨法、氯化銨-醋酸鈉法、氯化銨-無(wú)水乙醇法、氯化銨-氨水法、氯化鋇-硫酸法等。目前，膨潤(rùn)土CEC測(cè)定是依據(jù)國(guó)標(biāo)JC/T 593—1995（膨潤(rùn)土試驗(yàn)方法）。具體方法如下：
（1）方法提要
用含指示陽(yáng)離子NH4+的提取劑處理膨潤(rùn)土礦試樣，將試樣中可交換性陽(yáng)離子全部置換進(jìn)入提取液中，并使試樣飽和吸附指示陽(yáng)離子轉(zhuǎn)化成銨基上。將銨基土和提取液分離，測(cè)定提取液中的鉀、鈉、鈣及鎂等離子，則為相應(yīng)的交換性陽(yáng)離子量。
（2）主要試劑和材料
a. 離心機(jī)：測(cè)量范圍為0～400r/min；
b. 磁力攪拌器：測(cè)量范圍為50～2 400r/min’
c. 鉀、鈉、鈣、鎂混合標(biāo)準(zhǔn)溶液［c(0.01Na+、0.005Ca2+、0.005Mg2+、0.002K+)］稱取0.5004g碳酸鈣(基準(zhǔn)試劑)，0.201 5g氧化鎂(基準(zhǔn)試劑)，0.5844g氯化鈉(高純?cè)噭?和0.1491g氯化鉀(高純?cè)噭?于250mL燒杯中，加水后以少量稀鹽酸使之溶解(小心防止跳濺)。加熱煮沸趕盡二氧化碳，冷卻。將溶液移入1 000mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻，移于干燥塑料瓶中保存；
d. 交換液：稱取28.6g氯化銨置于250mL水中，加入600mL無(wú)水乙醇，搖勻，用1+1氨水調(diào)節(jié)pH為8.2，用水稀釋至1L，即為0.5mol/L氯化銨-60%乙醇溶液。
e. EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液［c(0.01EDTA)］：取3.72g乙二胺四乙酸二鈉，溶解于1 000mL水中。
標(biāo)定：吸取10mL0.01mol/L氯化鈣(基準(zhǔn)試劑)標(biāo)準(zhǔn)溶液于100mL燒杯中，用水稀釋至40～50mL左右。加入5mL4mol/L氫氧化鈉溶液，使pH≈12～13，加少許酸性鉻藍(lán)K-萘酚綠B混合指示劑，用EDTA溶液滴至純藍(lán)色為終點(diǎn)。
c1= c2·V3/ V4
式中：
c1——EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的實(shí)際濃度，mol/L；
c2——氯化鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，mol/L；
V3——氯化鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，mL；
V4——滴定時(shí)消耗EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，mL。
f. 洗滌液：50%乙醇，95%乙醇。
（3）試驗(yàn)步驟
稱取在115～110℃下烘干的試樣1.000g，置于100mL離心管中。加入20mL50%乙醇，在磁力攪拌器上攪拌3～5min取下，離心(轉(zhuǎn)速為300r/min左右)，棄去管內(nèi)清液，再在離心管內(nèi)加入50mL交換液，在磁力攪拌器上攪拌30min后取下，離心，清液收集到100mL容量瓶中。將殘?jiān)碗x心管內(nèi)壁用95%乙醇洗滌(約20mL)，經(jīng)攪拌離心后，清液合并于上述100mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻，待測(cè)。殘?jiān)鼦壢ァ?
交換性鈣、鎂的測(cè)定，取上述母液25mL，置于150mL燒杯中，加水稀釋至約50mL，加1mL1+1三乙醇胺和3～4mL4mol/L氫氧化鈉，再加少許酸性鉻藍(lán)K-萘酚綠B混合指示劑，用0.01mol/LEDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至純藍(lán)色，記下讀數(shù)V5，然手用1+1鹽酸中和pH為7，再加氨水-氯化銨緩沖溶液(pH=10)，再用0.01mol/LEDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴至純藍(lán)色記下讀數(shù)V6。
交換性鉀、鈉的測(cè)定：取25mL母液于100mL燒杯中，加入2～3滴1+1鹽酸，低溫蒸干。加入1mL1+1鹽酸及15～20mL水，微熱溶解可溶性鹽，冷卻后溶液移入100mL容量瓶中，以水稀釋至刻度、搖勻，在火焰光度計(jì)上測(cè)定鉀、鈉。標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制：分取0、3、6、9、12、15mL鉀、鈉、鈣、鎂混合標(biāo)準(zhǔn)溶液于100mL容量瓶中，加入2mL1+1鹽酸，用水稀釋至刻度、搖勻。在與試樣同一條件下測(cè)量鉀、鈉的讀數(shù)，并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(此標(biāo)準(zhǔn)系列分別相當(dāng)于每100g樣中含有0、170、345、520、690、860mg的交換性鈉和0、60、120、175、240、295mg的交換性鉀。
（4）結(jié)果計(jì)算
鈣、鎂的含量按下式計(jì)算：
交換性鈣g/100g= （40c5V5）/（2.5m3）
交換性鎂g/100g=[ 24c5(V6-V5)]/ （2.5m3）
式中：
c5—EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的實(shí)際摩爾濃度mol/L；
V6、V5—滴定時(shí)耗用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的毫升數(shù)，mL；
m3——試樣質(zhì)量，g。
鉀、鈉的含量按(10)式計(jì)算：
交換性鉀(g/100g)= Kmg /（2.5m3）
交換性鈉(g/100g)= Namg/（2.5m3）
式中：
Kmg，Namg—由標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得的鉀鈉的毫克數(shù)；
m3——試樣質(zhì)量，g。
陽(yáng)離子交換容量（Cation Exchange Capacity）是指PH值為7的條件下所吸附的K+、Na+、Ca2+、Mg2+ 等陽(yáng)離子總量，簡(jiǎn)稱為CEC，單位為土。膨潤(rùn)土礦陽(yáng)離子交換容量和交換性陽(yáng)離子是判斷膨潤(rùn)土礦質(zhì)量和劃分膨潤(rùn)土礦屬型的主要依據(jù)， CEC值愈大表示其帶負(fù)電量愈大，其水化、膨脹和分散能力愈強(qiáng)；反之，其水化、膨脹和分散能力愈差。如北票市膨潤(rùn)土陽(yáng)離子交換容量CEC 為66.7mmol/100g，阜新市的膨潤(rùn)土陽(yáng)離子交換容量CEC 為85.55 mmol/100g，內(nèi)蒙古優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土陽(yáng)離子交換容量CEC為115—139 mmol/100g。
研究表明，蒙脫土的片層中間的CEC通常在60-120mmol/100G范圍內(nèi)，這是一個(gè)比較適合與聚合物插層形成納米復(fù)合材料的離子交換容量。因?yàn)槿绻麩o(wú)機(jī)物的離子交換容量太高，極高的層間庫(kù)侖力使得無(wú)機(jī)物片層間作用力過(guò)大，不利于大分子鏈的插入；如果無(wú)機(jī)物的離子交換容量太低，無(wú)機(jī)物不能有效地與聚合物相互作用，不足以保證無(wú)機(jī)物與聚合物基體的相容性，同樣不能得到插層納米復(fù)合物材料。適宜的離子交換容量、優(yōu)良的力學(xué)性能使得蒙脫土成為制備PLS納米復(fù)合材料的首選礦物。CEC值和膨潤(rùn)土（蒙脫石）的內(nèi)表面積與蒙脫石含量呈正相關(guān)關(guān)系，用陽(yáng)離子交換容量CEC 為100mmol/100g的膨潤(rùn)土和 用陽(yáng)離子交換容量CEC 為61mmol/100g的膨潤(rùn)土制備插層納米復(fù)合物材料，盡管層間距相差不大(d001=1.98和1.91nm)，但比表面(421.5和127.2m2。g-1)和吸氨量(318.3和80.7mg。g-1)卻有較大的差別. 與原料土的比表面(76.0和90.5m2。g-1)及吸氨量(49.2和62.1mg。g-1)相比，分別增加5.5和1.4倍及6.5和1.3倍，比表面和吸氨量的增加倍數(shù)有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系. 這說(shuō)明層電荷密度主要影響材料的表面性質(zhì). 由于層間距(d001)的變化主要取決于交聯(lián)劑的大小, 因而不同層電荷密度對(duì)于采用同種的交聯(lián)劑制備材料的層間距影響不大。
測(cè)定CEC的方法很多，如定氮蒸鎦法、醋酸銨法、氯化銨-醋酸鈉法、氯化銨-無(wú)水乙醇法、氯化銨-氨水法、氯化鋇-硫酸法等。目前，膨潤(rùn)土CEC測(cè)定是依據(jù)國(guó)標(biāo)JC/T 593—1995（膨潤(rùn)土試驗(yàn)方法）。具體方法如下：
（1）方法提要
用含指示陽(yáng)離子NH4+的提取劑處理膨潤(rùn)土礦試樣，將試樣中可交換性陽(yáng)離子全部置換進(jìn)入提取液中，并使試樣飽和吸附指示陽(yáng)離子轉(zhuǎn)化成銨基上。將銨基土和提取液分離，測(cè)定提取液中的鉀、鈉、鈣及鎂等離子，則為相應(yīng)的交換性陽(yáng)離子量。
（2）主要試劑和材料
a. 離心機(jī)：測(cè)量范圍為0～400r/min；
b. 磁力攪拌器：測(cè)量范圍為50～2 400r/min’
c. 鉀、鈉、鈣、鎂混合標(biāo)準(zhǔn)溶液［c(0.01Na+、0.005Ca2+、0.005Mg2+、0.002K+)］稱取0.5004g碳酸鈣(基準(zhǔn)試劑)，0.201 5g氧化鎂(基準(zhǔn)試劑)，0.5844g氯化鈉(高純?cè)噭?和0.1491g氯化鉀(高純?cè)噭?于250mL燒杯中，加水后以少量稀鹽酸使之溶解(小心防止跳濺)。加熱煮沸趕盡二氧化碳，冷卻。將溶液移入1 000mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻，移于干燥塑料瓶中保存；
d. 交換液：稱取28.6g氯化銨置于250mL水中，加入600mL無(wú)水乙醇，搖勻，用1+1氨水調(diào)節(jié)pH為8.2，用水稀釋至1L，即為0.5mol/L氯化銨-60%乙醇溶液。
e. EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液［c(0.01EDTA)］：取3.72g乙二胺四乙酸二鈉，溶解于1 000mL水中。
標(biāo)定：吸取10mL0.01mol/L氯化鈣(基準(zhǔn)試劑)標(biāo)準(zhǔn)溶液于100mL燒杯中，用水稀釋至40～50mL左右。加入5mL4mol/L氫氧化鈉溶液，使pH≈12～13，加少許酸性鉻藍(lán)K-萘酚綠B混合指示劑，用EDTA溶液滴至純藍(lán)色為終點(diǎn)。
c1= c2·V3/ V4
式中：
c1——EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的實(shí)際濃度，mol/L；
c2——氯化鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，mol/L；
V3——氯化鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，mL；
V4——滴定時(shí)消耗EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，mL。
f. 洗滌液：50%乙醇，95%乙醇。
（3）試驗(yàn)步驟
稱取在115～110℃下烘干的試樣1.000g，置于100mL離心管中。加入20mL50%乙醇，在磁力攪拌器上攪拌3～5min取下，離心(轉(zhuǎn)速為300r/min左右)，棄去管內(nèi)清液，再在離心管內(nèi)加入50mL交換液，在磁力攪拌器上攪拌30min后取下，離心，清液收集到100mL容量瓶中。將殘?jiān)碗x心管內(nèi)壁用95%乙醇洗滌(約20mL)，經(jīng)攪拌離心后，清液合并于上述100mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻，待測(cè)。殘?jiān)鼦壢ァ?
交換性鈣、鎂的測(cè)定，取上述母液25mL，置于150mL燒杯中，加水稀釋至約50mL，加1mL1+1三乙醇胺和3～4mL4mol/L氫氧化鈉，再加少許酸性鉻藍(lán)K-萘酚綠B混合指示劑，用0.01mol/LEDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至純藍(lán)色，記下讀數(shù)V5，然手用1+1鹽酸中和pH為7，再加氨水-氯化銨緩沖溶液(pH=10)，再用0.01mol/LEDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴至純藍(lán)色記下讀數(shù)V6。
交換性鉀、鈉的測(cè)定：取25mL母液于100mL燒杯中，加入2～3滴1+1鹽酸，低溫蒸干。加入1mL1+1鹽酸及15～20mL水，微熱溶解可溶性鹽，冷卻后溶液移入100mL容量瓶中，以水稀釋至刻度、搖勻，在火焰光度計(jì)上測(cè)定鉀、鈉。標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制：分取0、3、6、9、12、15mL鉀、鈉、鈣、鎂混合標(biāo)準(zhǔn)溶液于100mL容量瓶中，加入2mL1+1鹽酸，用水稀釋至刻度、搖勻。在與試樣同一條件下測(cè)量鉀、鈉的讀數(shù)，并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(此標(biāo)準(zhǔn)系列分別相當(dāng)于每100g樣中含有0、170、345、520、690、860mg的交換性鈉和0、60、120、175、240、295mg的交換性鉀。
（4）結(jié)果計(jì)算
鈣、鎂的含量按下式計(jì)算：
交換性鈣g/100g= （40c5V5）/（2.5m3）
交換性鎂g/100g=[ 24c5(V6-V5)]/ （2.5m3）
式中：
c5—EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的實(shí)際摩爾濃度mol/L；
V6、V5—滴定時(shí)耗用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的毫升數(shù)，mL；
m3——試樣質(zhì)量，g。
鉀、鈉的含量按(10)式計(jì)算：
交換性鉀(g/100g)= Kmg /（2.5m3）
交換性鈉(g/100g)= Namg/（2.5m3）
式中：
Kmg，Namg—由標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得的鉀鈉的毫克數(shù)；
m3——試樣質(zhì)量，g。
