CN104058467B - 一种层状矿物与纳米羰基铁插层复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种层状矿物与纳米羰基铁插层复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种层状矿物与纳米羰基铁插层复合材料及其制备方法。它是在矿物的结晶结构层之间插有纳米粒级的羰基铁颗粒所形成的一种复合材料。其制备方法步骤如下：1）使用无机酸与还原剂对层状矿物进行活化和除杂；2）酸活化后脱水、烘干；3）层状矿物与Fe(CO)5共同研磨，形成插层化合物；4）加热使Fe(CO)5在层间脱水形成纳米羰基铁颗粒。所得产物即为层状矿物与纳米羰基铁插层复合材料。本发明成功将纳米羰基铁颗粒插层到硅酸盐矿物中，利用其层间约束力有效抑制了纳米颗粒的团聚，制备的产品具有优良的电磁波损耗性能，可用作各类装备的吸波涂料。

Description

一种层状矿物与纳米羰基铁插层复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种层状矿物与纳米羰基铁插层复合材料及其制备方法。
背景技术
羰基铁粉具有优良的电磁波损耗性能，可用作各类装备的吸波涂料。制备羰基铁粉是将油状的Fe(CO)5液体在隔绝空气的条件下喷雾热解，所得产物粒度很难控制，通常为微米粒级的颗粒。价格较高，比重过高，粒度难以控制，是羰基铁粉在吸波材料领域实际应用的主要障碍。
发明内容
本发明提供了一种层状矿物与纳米羰基铁插层复合材料及其制备方法。层状矿物与纳米羰基铁插层复合材料是在矿物的结晶结构层之间插有纳米粒级的羰基铁颗粒所形成的一种复合材料。
所述的层状矿物为滑石、蛇纹石、高岭石、多水高岭石、叶蜡石、云母类、伊利石、绿泥石、蛭石、蒙脱石，它们在自然界的产出形态为粘土、泥岩、页岩或块状矿石。
层状矿物与纳米羰基铁插层复合材料的制备方法步骤如下：
1）经分离提纯的层状矿物，加5至10倍重量，浓度3%至10%的盐酸，再加入相当于层状矿物重量0.5%至2%的连二亚硫酸钠，搅拌均匀制成悬浮液矿浆，在室温下反应6～24小时，期间不断搅拌；
酸处理一方面能去除可能存在的酸溶性杂质，如碳酸盐和铁锰氧化物、硫化物等；此外，酸处理能使矿物表面被活化，有利于后续的插层进行。加入连二亚硫酸钠能使铁、锰被还原，增加其去除率。
2）过滤或离心脱水，清洗2～4次，60至80°C烘干；
3）冷却至室温后，每一份重量的层状矿物加0.8至1.5份Fe(CO)5，搅拌均匀后在高剪切研磨机中研磨1至2小时；
所说的高剪切研磨机为球磨机、辊磨机、棒磨机、珠磨机中的一种。
4）物料隔绝空气加热到150至300°C，恒温0.5至3小时。所得产物即为层状矿物与纳米羰基铁插层复合材料。
低成本的制备技术是本发明的特色，先利用研磨过程的机械-化学力，将羰基铁的前躯体Fe(CO)5插入层状矿物的结晶结构层，再在通过热分解反应，使Fe(CO)5在层间分解为羰基铁颗粒。由于结晶结构层的约束，所形成的羰基
铁为粒径约5纳米的均匀颗粒。通过本发明制备的层状矿物与纳米羰基铁插层复合材料比重远低于羰基铁，电磁损耗性能优于羰基铁，并且具有更宽的吸波带宽，在吸波涂料领域具有广泛用途。
具体实施方式
本发明提供了一种层状矿物与纳米羰基铁插层复合材料及其制备方法。层状矿物与纳米羰基铁插层复合材料是在矿物的结晶结构层之间插有纳米粒级的羰基铁颗粒所形成的一种复合材料。
所述的层状矿物为滑石、蛇纹石、高岭石、多水高岭石、叶蜡石、云母类、伊利石、绿泥石、蛭石、蒙脱石，它们在自然界的产出形态为粘土、泥岩、页岩或块状矿石。
层状矿物与纳米羰基铁插层复合材料的制备方法步骤如下：
1）经分离提纯的层状矿物，加5至10倍重量，浓度3%至10%的盐酸，再加入相当于层状矿物重量0.5%至2%的连二亚硫酸钠搅拌均匀制成悬浮液矿浆，在室温下反应6～24小时，期间不断搅拌；
从成本、效果等因素综合考虑推荐使用盐酸，也可以使用其它无机酸。酸处理一方面能去除可能存在的酸溶性杂质，如碳酸盐和铁锰氧化物、硫化物等；此外，酸处理能使矿物表面被活化，有利于后续的插层进行。加入连二亚硫酸钠能使铁、锰被还原，增加其去除率。
3）过滤或离心脱水，清洗2～4次，60至80°C烘干；
脱水、烘干是为了避免在下一步反应前水份与Fe(CO)5发生水解反应。
4）冷却至室温后，每一份重量的层状矿物加0.8至1.5份Fe(CO)5，搅拌均匀后在高剪切研磨机中研磨1至2小时；
Fe(CO)5又名五羰基铁，常温下是一种油状液体，在这里用作羰基铁粉的前躯体。Fe(CO)5具有疏水、亲油性。借助于研磨过程的机械化学力，Fe(CO)5能进入层状矿物的结晶结构层，形成插层化合物。
4）物料隔绝空气加热到150至300°C，恒温0.5至3小时。所得产物即为层状矿物与纳米羰基铁插层复合材料。
Fe(CO)5在60°C即开始分解，超过100°C是迅速分解，生成羰基铁粉：
Fe(CO)5=5CO(g)+Fe
由于矿物结晶结构层的约束作用，有效抑制了羰基铁颗粒的团聚，热分解生成的羰基铁为粒度介于3至6纳米的颗粒分布在矿物结晶结构层之间。
低成本的制备技术是本发明的特色。通过本发明制备的层状矿物与纳米羰
基铁插层复合材料在电磁波吸波涂料领域具有广泛用途。
实施例1
1）经分离提纯的滑石，加10倍重量，浓度3%的盐酸，再加入相当于滑石重量0.5%的连二亚硫酸钠，搅拌均匀制成悬浮液矿浆，在室温下反应6小时，期间不断搅拌；
2）过滤或离心脱水，清洗2次，60℃烘干；
3）冷却至室温后，每一份重量的滑石加0.8份Fe(CO)5，搅拌均匀后在球磨机中研磨1小时；
4）物料隔绝空气加热到150°C，恒温3小时。所得产物即为滑石与纳米羰基铁插层复合材料。
实施例2
1）经分离提纯的绢云母，加5倍重量，浓度10%的盐酸，再加入相当于绢云母重量2%的连二亚硫酸钠，搅拌均匀制成悬浮液矿浆，在室温下反应24小时，期间不断搅拌；
2）过滤或离心脱水，清洗4次，80℃烘干；
3）冷却至室温后，每一份绢云母加1.5份Fe(CO)5，搅拌均匀后在球磨机中研磨2小时；
4）物料隔绝空气加热到300°C，恒温0.5小时。所得产物即为绢云母与纳米羰基铁插层复合材料。
实施例3
1）经分离提纯的蛇纹石，加8倍重量，浓度8%的硫酸，再加入相当于蛇纹石重量1%的连二亚硫酸钠，搅拌均匀制成悬浮液矿浆，在室温下反应18小时，期间不断搅拌；
2）过滤或离心脱水，清洗3次，70℃烘干；
3）冷却至室温后，每一份重量的蛇纹石加1份Fe(CO)5，搅拌均匀后在辊磨机中研磨1.5小时；
4）物料隔绝空气加热到200°C，恒温2小时。所得产物即为蛇纹石与纳米羰基铁插层复合材料。
实施例4
1）经分离提纯的高岭石，加10倍重量，浓度10%的硝酸，再加入相当于高岭石重量1.5%的连二亚硫酸钠，搅拌均匀制成悬浮液矿浆，在室温下反应6小时，期间不断搅拌；
2）过滤或离心脱水，清洗3次，60℃烘干；
3）冷却至室温后，每一份重量的高岭石加1.5份Fe(CO)5，搅拌均匀后在辊磨机中研磨2小时；
4）物料隔绝空气加热到250°C，恒温1小时。所得产物即为高岭石与纳米羰基铁插层复合材料。
实施例5
1）经分离提纯的叶蜡石，加10倍重量，浓度10%的盐酸，再加入相当于叶蜡石重量1.5%的连二亚硫酸钠，搅拌均匀制成悬浮液矿浆，在室温下反应6小时，期间不断搅拌；
2）过滤或离心脱水，清洗3次，80℃烘干；
3）冷却至室温后，每一份重量的叶蜡石加1.2份Fe(CO)5，搅拌均匀后在辊磨机中研磨2小时；
4）物料隔绝空气加热到200°C，恒温1.5小时。所得产物即为叶腊石与纳米羰基铁插层复合材料。
实施例6
1）经分离提纯的多水高岭石，加5倍重量，浓度10%的盐酸，再加入相当于多水高岭石重量2%的连二亚硫酸钠，搅拌均匀制成悬浮液矿浆，在室温下反应24小时，期间不断搅拌；
2）过滤或离心脱水，清洗4次，80℃烘干；
3）冷却至室温后，每一份重量的多水高岭石加1.5份Fe(CO)5，搅拌均匀后在球磨机中研磨2小时；
4）物料隔绝空气加热到150°C，恒温2小时。所得产物即为多水高岭石与纳米羰基铁插层复合材料。
实施例7
1）经分离提纯的伊利石，加10倍重量，浓度3%的盐酸，再加入相当于伊利石重量0.5%的连二亚硫酸钠，搅拌均匀制成悬浮液矿浆，在室温下反应6小时，期间不断搅拌；
2）过滤或离心脱水，清洗2次，60℃烘干；
3）冷却至室温后，每一份重量的伊利石加0.8份Fe(CO)5，搅拌均匀后在球磨机中研磨1小时；
4）物料隔绝空气加热到250°C，恒温1小时。所得产物即为伊利石与纳米羰基铁插层复合材料。
实施例8
1）经分离提纯的绿泥石，加8倍重量，浓度8%的硫酸，再加入相当于绿泥石重量1%的连二亚硫酸钠，搅拌均匀制成悬浮液矿浆，在室温下反应18小时，期间不断搅拌；
2）过滤或离心脱水，清洗3次，70℃烘干；
3）冷却至室温后，每一份重量的绿泥石加1份Fe(CO)5，搅拌均匀后在辊磨机中研磨1.5小时；
4）物料隔绝空气加热到280°C，恒温1小时。所得产物即为绿泥石与纳米羰基铁插层复合材料。
实施例9
1）经分离提纯的蛭石，加10倍重量，浓度10%的硝酸，再加入相当于蛭石重量1.5%的连二亚硫酸钠，搅拌均匀制成悬浮液矿浆，在室温下反应6小时，期间不断搅拌；
2）过滤或离心脱水，清洗3次，60℃烘干；
3）冷却至室温后，每一份重量的蛭石加1.5份Fe(CO)5，搅拌均匀后在辊磨机中研磨2小时；
4）物料隔绝空气加热到300°C，恒温1小时。所得产物即为蛭石与纳米羰基铁插层复合材料。
实施例10
1）经分离提纯的蒙脱石，加10倍重量，浓度10%的盐酸，再加入相当于蒙脱石重量1.5%的连二亚硫酸钠，搅拌均匀制成悬浮液矿浆，在室温下反应6小时，期间不断搅拌；
2）过滤或离心脱水，清洗3次，80℃烘干；
3）冷却至室温后，每一份重量的蒙脱石加1.2份Fe(CO)5，搅拌均匀后在辊磨机中研磨2小时；
4）物料隔绝空气加热到150°C，恒温1小时。所得产物即为蒙脱石与纳米羰基铁插层复合材料。

Claims (7)

1.一种层状矿物与纳米羰基铁插层复合材料，其特征在于，在层状矿物的结晶结构层之间插有纳米粒级的羰基铁颗粒所形成的一种复合材料，所述的羰基铁颗粒热分解生成，粒度为3至6纳米，分布在矿物结晶结构层之间。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述的层状矿物为滑石、蛇纹石、高岭石、叶蜡石、云母、伊利石、绿泥石、蛭石、蒙脱石。
3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述的层状矿物在自然界的产出形态为粘土。
4.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述的层状矿物在自然界的产出形态为泥岩或页岩。
5.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述的层状矿物在自然界的产出形态为块状矿石。
6.一种层状矿物与纳米羰基铁插层复合材料的制备方法，其特征在于它的步骤如下：
1）经分离提纯的层状矿物，加5至10倍重量，浓度3%至10%的盐酸，再加入相当于层状矿物重量0.5%至2%的连二亚硫酸钠，搅拌均匀制成悬浮液矿浆，在室温下反应6～24小时，期间不断搅拌；
2）过滤或离心脱水，清洗2～4次，60至80°C烘干；
3）冷却至室温后，每一份重量的层状矿物加0.8至1.5份Fe(CO)5，搅拌均匀后在高剪切研磨机中研磨1至2小时；
4）物料隔绝空气加热到150至300°C，恒温0.5至3小时，所得产物即为层状矿物与纳米羰基铁插层复合材料。
7.根据权利要求6所述的一种层状矿物与纳米羰基铁插层复合材料的制备方法，其特征在于，所说的高剪切研磨机为球磨机、辊磨机、棒磨机、珠磨机中的一种。
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