CN101734677A - 一种剥离层状无机材料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种剥离层状无机材料的方法。该方法是先制备层状无机材料有机插层复合物，然后把层状无机材料有机插层复合物固体，或者将层状无机材料有机插层复合物加入到合适的溶液中，在超声波或者微波的条件下，短时间内使其层间的有机物分解，从层状无机材料的层间逸出，从而使层状无机材料快速剥离，最后分离、洗涤、干燥、研磨得到产品。该方法不仅能在短时间内使层状无机材料剥离，而且还可保持层状无机材料良好的晶体结构，使层状无机材料现有的用途产生质的提高，使其价值倍增。

Description

一种剥离层状无机材料的方法

技术领域：

本发明涉及一种剥离层状无机材料的方法，属于无机超细片层材料的制备领域。

背景技术：

层状无机材料(高岭土，蒙脱土及阴离子型黏土等)是很重要的非金属矿物材料。其中高岭土主要用于造纸、橡胶、陶瓷、颜料、水泥、建材、耐火材料等行业；蒙脱土是一种天然纳米粉体，具有高度的胶体性、可塑性和粘结力。其吸水性很强，加水膨胀，体积可增加几倍到十几倍，是组成膨润土的主要成分。可用作钻探泥浆，铸型砂和铁矿球团的粘合剂，造纸、橡胶、化妆品的填充剂，纺织和石油工业中作吸收剂、石油脱色和裂化催化剂的原料；阴离子型粘土(又称水滑石或类水滑石)在吸附、催化、医药、电化学、光化学、农药、军工材料等许多领域已经或即将展现出极为广阔的应用前景。在以上行业的许多高档产品的生产中，对原材料粒度的要求越来越高，因此层状无机材料材料的剥离显得尤为重要。

层状无机材料的剥片技术有机械研磨剥片法和化学剥离法，单靠机械研磨方法的缺点是：过度研磨会破坏无机材料的晶体结构，导致其产品性能不佳；化学剥离的原理是利用插层作用使层状无机材料层间膨胀，键合力大为减弱，除去插层客体后，原来堆垛的片状层状无机材料就自然分解成小片状的无机材料，达到自然剥离的目的。其中，Tsunematasu等对高岭土-尿素插层复合物用研磨法使高岭土剥离，然而形成的颗粒处于微米、亚微米级，达不到纳米尺度，而且绝大部分成为非晶态颗粒的团聚体，破坏了高岭石原有的晶体结构；另外由于超声波可产生局部超高温、超高压，并且超声空化作用产生很高的空化能，造成固体表面颗粒间的剧烈碰撞，使颗粒尺寸减小，Pérez-Maqueda和Pérez-Rodríguez等人通过超声处理蛭石和云母的晶体大颗粒，得到了纳米级的蛭石和云母的片状颗粒；Franco等人用超声处理水和高岭土的混合物，可达到良好剥片效果，且晶体结构保持良好，但所需时间较长，难以实现工业化生产。

发明内容：

本发明是提供一种剥离层状无机材料的快速方法。本发明首先将有机分子插入到层状无机材料层间，制备层状无机材料有机插层复合物，然后在超声，或微波条件下处理层状无机材料有机插层复合物，由于超声波可产生局部超高温、超高压，并且超声空化作用产生很高的空化能，造成固体表面颗粒间的剧烈碰撞，插层剂也易于分解并从层状无机材料的层间快速逸出。而随着微波辐射技术的发展，其应用已从传统的军事和通讯领域扩展到工业，农业，化工，生物制药，制备新型材料等许多领域，利用微波的“内加热”，使被加热物体在不同深度同时产生热，具有加热速度快(反应速率大大加快，可以提高几十甚至几百倍)和加热均匀的特点，同时在强磁场的作用下，在微波中存在着用热力学方法得不到的高能态的原子、分子和离子，因而可以使一些在热力学上较难进行甚至不能进行的反应得以发生，正是由于这些优点，可以在微波条件下使层状无机材料层间的插层剂快速分解从层间逸出。

现详细说明本发明的详细内容，一种剥离层状无机材料的快速方法，其特征在于它的步骤如下：

第一步：制备层状无机材料有机插层复合物

取适量的层状无机材料和插层剂，采用溶液插层法，熔融插层法或者吸湿法等将有机插层剂插入到层状无机材料的层间，洗涤，干燥后即得制备层状无机材料有机插层复合物。

第二步：快速剥离层状无机材料

将上述制备的层状无机材料有机插层复合物固体，或者将层状无机材料有机插层复合物加入到合适的溶液中，然后在超声波或者微波的条件下，短时间内使其层间的有机物分解，从层状无机材料的层间逸出，使其剥离。

第三步：成品

将上述得到的层状无机材料干燥，研磨后得到层状无机材料的剥离产物。

与背景技术相比，本发明具有下述效果：

1.剥离速度快

采用在超声波或者微波的条件下，处理层状无机材料有机插层复合物，使层状无机材料层间的有机物在短时间内分解成气体从层间逸出，使层状无机材料快速剥离。

2.剥离效果好

采用在超声波或者微波的条件下，处理层状无机材料有机插层复合物，不仅能有效剥离层状无机材料，而且还能保持层状无机材料良好的晶体结构。

3.剥离能耗低

采用在超声波或者微波的条件下，处理层状无机材料有机插层复合物，所需时间短，就能使层状无机材料层间的有机物完全分解成气体并逸出，使层状无机材料剥离，该过程所需能耗低。

附图说明

图1为高岭土原土(a)、高岭土-尿素插层复合物(b)和采用插层-超声酸浸分解方法剥离后的高岭土(c)的XRD谱图。

具体实施方式

现结合以具体实施例对本发明进一步详细描述：

实施例1

第一步：制备高岭土-尿素插层复合物

称取5g高岭土，置于烧瓶中，然后再加入50ml饱和尿素溶液(浓度约为13M)，在65℃水浴条件下搅拌3d，离心分离后，再用无水乙醇洗涤高岭土表面残留的尿素，再经离心分离后，在60℃真空下干燥，即得尿素-高岭土插层复合物，其插层率为65％。

第二步：超声酸浸分解法快速剥离高岭土

将上述制备的高岭土-尿素插层复合物1g，加入到酸性溶液中，混合后立即进行超声处理5min，使高岭土自然剥片。

第三步：成品

将上述得到的高岭土重复用无水乙醇清洗2～3遍，然后60℃干燥，得到高岭土的剥离产物。测得其晶粒厚度由原来的40nm减小到13nm，粒径分布最大体积百分含量处的粒径也由原土的6.32μm减小至4.17μm。

实施例2

第一步：制备水滑石-OBSH插层复合物

(1)取2g水滑石均匀分散于20ml去离子水中，滴加盐酸调节液体pH＝4。

(2)取2g OBSH固体溶解于40mlDMSO中形成澄清溶液。

(3)将步骤1和2所配置的两种溶液相互混合，恒温水浴40℃，搅拌24h后，离心分离后，干燥所得沉淀24h，得到最终白色产物，即为水滑石-OBSH插层复合物。

第二步：快速剥离水滑石

将上述制备的水滑石-OBSH插层复合物1g，放到微波炉里加热使OBSH快速分解，使水滑石自然剥片。

第三步：成品

将上述得到的水滑石重复用无水乙醇清洗2～3遍，然后60℃干燥，得到水滑石的剥离产物。测得其晶粒厚度由原来的30-40nm减小到5-10nm。

Claims (8)

1.一种剥离层状无机材料的方法，其特征在于主要是在层状无机材料中插入能破坏或减弱无机材料层间作用力的插层剂，形成层状无机材料插层复合物，然后取其固体在高能量的条件下，或者在合适的溶液与高能量的复合条件下，结合插层剂的作用，短时间内发生强烈的物理作用和化学反应，导致无机材料层间作用力的破坏，最后依次经历洗涤，分离，干燥即得无机材料的剥离产物。

2.根据权利要求1所述的剥离无机材料的快速方法，其特征在于无机材料包括至少一种的高岭石族粘土、海泡石族粘土、蒙皂石族粘土、水云母族粘土、埃洛族粘土、绿泥石族粘土、水滑石类、层状磷酸盐类、层状金属氧化物、层状金属硫化物和层状石墨材料，优选为高岭土。

3.根据权利要求2所述的剥离高岭土的快速方法，其特征在于插入到高岭土层间的插层物可以是任意一种尿素，肼，醋酸钾，二甲基亚砜，聚合物，AC(偶氮二甲酰胺)和OBSH(4，4’-氧代双苯磺酰肼)等，可以是上述物质的衍生物，也可以是上述物质的混合物。

4.根据权利要求2所述的快速剥离水滑石的方法，其特征在于插入到水滑石层间的插层物可以是任意一种功能性有机阴离子，如OBSH(4，4’-氧代双苯磺酰肼)、DNA、氨基酸、杀虫剂、植物生长激素和药物分子等。

5.根据权利要求2所述的快速剥离蒙脱土的方法，其特征在于插入到蒙脱土层间的插层物可以任意一种磷酸盐类、石墨、金属氧化物、二硫化物、三硫化磷络合物、联二脲、烷基铵盐、聚合物、AC(偶氮二甲酰胺)、OBSH(4，4’-氧代双苯磺酰肼)、二甲基亚砜(DMSO)、乙二醇、二甲基甲酰胺(DMF)、H2O、丙酮、甲醇、乙醇、氯仿、氯苯、二氯乙烷、吡啶、四氢呋喃、乙醚、乙酸、三氟乙酸、正戊醇、硝基甲烷、苯、甲苯、二甲苯、2-丙醇、甘油及石油醚等。

6.根据权利要求1所述的快速剥离层状粘土的方法，其特征在于处理层状粘土插层复合物的高能量条件可以是在超声条件下，也可以是在微波条件下。

7.根据权利要求1所述的处理层状粘土插层复合物的合适溶液，其特征在于根据插层剂的不同，选择不同的溶液。

8.根据权利要求6所述的处理层状粘土插层复合物的高能量条件，其特征在于根据插层剂的不同，选择不同的处理条件。

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