CN103570033B

CN103570033B - 一种低温制备高岭土的方法

Info

Publication number: CN103570033B
Application number: CN201210474519.4A
Authority: CN
Inventors: 孙中溪; 齐长林; 范迎菊; 张卫民; 葛东来
Original assignee: University of Jinan
Current assignee: University of Jinan
Priority date: 2012-11-21
Filing date: 2012-11-21
Publication date: 2015-05-06
Anticipated expiration: 2032-11-21
Also published as: CN103570033A

Abstract

本发明属于天然矿物的人工合成技术领域，尤其涉及物相纯、比表面较大高岭土的合成方法。其特征在于技术方案包括以下步骤：4.73g九水合硝酸铝，溶于70mL蒸馏水中，加入2mol·L^-1的氨水，调节溶液pH为9.0，所得凝胶离心洗涤5次以后，然后将凝胶转移加入到三口烧瓶中，加入2.58g正硅酸四乙酯和2mL浓度范围在0~1 mol·L^-1的氨水，加入一定量的蒸馏水维持悬浮液体积为70mL，90℃油浴条件下混合搅拌2天。然后将悬浮液密封在容积为90mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，220℃恒温反应5~7天，经测量反应液的pH范围在5.0~7.8之间，产物经水洗、乙醇洗、离心分离和干燥得到高岭土。

Description

一种低温制备高岭土的方法

技术领域

本发明属于天然矿物的人工合成技术领域，尤其涉及高岭土的合成方法。

背景技术

高岭土是一种以氧化铝和氧化硅为主要成分，质软，有滑腻感的细粒黏土。作为一种重要的矿产资源，高岭土具有良好的耐酸性、低的阳离子交换性、较好的耐火耐热性能、可塑性以及优良的电绝缘性等突出特点。因此高岭土已经成为造纸、陶瓷、橡胶、化工、医药、塑料等行业所必需的原料。在油漆涂料中还可代替立德粉和部分钛白粉等昂贵材料。

我国高岭土资源分布比较分散，难以大规模开采且大多数为煤系高岭土，品位不高。在实际工业应用化过程中，需要经过进行煅烧或者改性处理。一般高岭土原矿中含有蒙脱石、伊利石、水铝英石、以及石英、云母、含铁矿物、有机质等杂质，所以需要对矿石经过复杂的手选精制加工后才能应用到工业生产中。鉴于上述局限性，人工合成高岭土成为一种可能的途径。

关于高岭土的合成，已有专利和文章报道，专利US5843861和欧洲地球化学（CHEMICAL GEOLOGY 1999, 156, 171-190）报道利用水热法人工制备高岭土。该方法过程复杂，需要高温煅烧和强酸强碱环境，耗能较大，同时仪器设备的腐蚀会比较严重。因此需要针对这些缺点进行改进，探索一种能在温和条件下得到纯度高、比表面大、颗粒小的高岭土的合成方法。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种利用水热反应，通过控制加入氨水的量可以制备比表面大、粒度小的高岭土的方法，同时可以实现调控反应液的pH在中性范围内，以解决国内现有高岭土原生矿物资源短缺、难于开采、纯度不高的现状。

本发明是一种比表面大、粒度小高岭土的合成方法，其特征在于，4.73 g九水合硝酸铝，溶于70 mL蒸馏水中，加入2 mol·L^-1的氨水，调节溶液pH为9.0，所得凝胶离心洗涤5次以后，然后将凝胶转移加入到三口烧瓶中，充分搅拌条件下加入2.58 g正硅酸四乙酯和2 mL 浓度范围为0~1 mol·L^-1的氨水，加入一定量的蒸馏水维持悬浮液液体积为70 mL，90 ℃油浴条件下混合搅拌2天。然后将悬浮液密封在容积为90 mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，220 ℃恒温反应5~7天，经测量反应液的pH在5.0~7.8之间，产物经水洗、乙醇洗、离心分离和干燥得到高岭土。

与现有技术相比，本发明制备高岭土的方法，所得产物物相单纯，反应简单易控；该方法是低温反应，反应条件温和，能通过控制加入氨水的量制备出高岭土，避免使用强酸强碱同时能实现控制反应液的pH在中性范围内，有效降低反应液对仪器设备的腐蚀和损害。所制备的高岭土比表面较大、粒径较小。

附图说明

图 1为本发明实施实例1-4产物的XRD图谱

其中(a) 为高岭土的标准XRD图谱(JCPDS card no. 75-1593)；(b) 为实施例1的XRD图谱；(c) 为实施例2的XRD图谱；(d) 为实施例3的XRD图谱；(e) 为实施例4的XRD图谱。

图 2为本发明实施例5和例6产物的XRD图谱

其中(a) 为实施例5的XRD图谱；(b) 为实施例6的XRD图谱。

图 3为本发明实施例3和6产物的扫描电镜照片

其中(a) 为实施例3的扫描电镜照片；(b) 为实施例6的扫描电镜照片

具体实施方式

实施例 1 ：

称取4.73 g九水合硝酸铝，溶于70 mL蒸馏水当中，加入2 mol·L^-1的氨水，调节溶液pH为9.0，所得凝胶离心洗涤5次以后，然后将凝胶转移加入到三口烧瓶中，充分搅拌条件下加入2.58 g正硅酸四乙酯和2 mL H₂O，加入一定量的蒸馏水维持悬浮液体积为70 mL，90℃油浴条件下混合搅拌2天，然后将悬浮液密封在容积为90 mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中。220℃恒温反应5天，将釜中产物倾出，经测量反应液的pH为5.1，离心分离，用去离子水和无水乙醇各洗涤三次，80℃条件下干燥12 h，即获得高岭土，产物的比表面积为59.9 m²·g^-1。

实施例 2 ：

制备步骤同实例1，不同之处是：加入2 mL 0.25 mol·L^-1氨水，然后将悬浮液密封在容积为90 mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，在220 ℃温度下恒温反应 7天，将釜内产物倾出，经测量反应液的pH为5.8，离心分离，用去离子水和无水乙醇各洗涤三次，80 ℃条件下干燥12 h，即获得高岭土，产物的比表面积为40.2 m²·g^-1。

实施例 3 ：

制备步骤同实例1，不同之处是：加入2 mL 0.5 mol·L^-1氨水，然后将悬浮液密封在容积为90 mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，在220 ℃温度下恒温反应 5天，将釜内产物倾出，经测量反应液的pH为6.7，离心分离，用去离子水和无水乙醇各洗涤三次，80 ℃条件下干燥12 h，即获得高岭土，产物的比表面积为58.2 m²·g^-1。

实施例 4 ：

制备步骤同实例1，不同之处是：加入2 mL 1 mol·L^-1氨水，然后将悬浮液密封在容积为90 mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，在220 ℃温度下恒温反应 5天，将釜内产物倾出，经测量反应液的pH为7.8，离心分离，用去离子水和无水乙醇各洗涤三次，80℃条件下干燥12 h，即获得高岭土，产物的比表面积为50.5 m²·g^-1。

实施例 5 ：

制备步骤同实例1，不同之处是：加入2 mL 2 mol·L^-1氨水，然后将悬浮液密封在容积为90 mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，在220 ℃温度下恒温反应 5天，将釜内产物倾出，经测量反应液的pH为8.6，离心分离，用去离子水和无水乙醇各洗涤三次，80 ℃条件下干燥12 h。

实施例 6 ：

制备步骤同实例1，不同之处是：加入2 mL 4 mol·L^-1氨水，然后将悬浮液密封在容积为90 mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，在220℃温度下恒温反应 5天，将釜内产物倾出，经测量反应液的pH为9.2，离心分离，用去离子水和无水乙醇各洗涤三次，80 ℃条件下干燥12 h。

步骤中所述的恒温反应是将反应釜置于能精确控温的烘箱，或者将反应釜置于能精确控温的电阻炉中。

产物物相用X-射线粉末衍射 (XRD) 进行测试，仪器型号为 Bruker D8 X-射线衍射仪，X-射线源为 Cu-Kα 辐射 (λ=1.5418Å)，扫描角度范围 2θ 为 10º~80º 之间。

图 1中(b)~(e)分别为本发明实施例1-4的X-射线粉末衍射谱图。产品衍射峰均与高岭土(JCPDS card no. 75-1593) 完全吻合。

图2中(a)和(b)分别为本发明实施例5和6的X-射线粉末衍射谱图，证明由于氨水用量的增加，所得产品不是高岭土。

图 3中(a)为本发明实施例3的扫描电子显微镜照片，证明高岭土具有典型的无规则薄片状结构，图 3中(b)为本发明实施例6的扫描电子显微镜照片，证明产品结构呈弯曲薄片状。所得产品不是高岭土。

以上分析证实了通过控制加入氨水的量可以控制高岭土的生成。

Claims

1.一种低温条件下制备高岭土的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1) 4.73 g九水合硝酸铝，溶于70 mL蒸馏水中，加入2 mol·L^-1的氨水，调节溶液pH为9.0，所得凝胶离心洗涤5次；

(2) 将步骤(1)中的凝胶加入到三口烧瓶中，在充分搅拌下加入2.58 g正硅酸四乙酯和2 mL 浓度分别为0～1 mol·L^-1的氨水，加入一定量的蒸馏水，维持悬浮液体积为70 mL，90 ℃油浴条件下混合搅拌2天；

(3) 将悬浮液密封在容积为90 mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，220 ℃恒温反应5-7天，产物经水洗、乙醇洗、离心分离和干燥即获得高岭土。

2.根据权利要求1所述的低温条件下制备高岭土的方法，其特征在于所述步骤（2）中体系的pH值在5.0~7.8之间。