CN109534353A - 一种高岭土-甲醇插层复合物的快速制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高岭土‑甲醇插层复合物制备方法。该方法为：以高岭土‑有机插层复合物为插层前驱物，以插层剂甲醇为溶剂，在索氏提取器中反应2‑12h，产物经自然干燥即得高岭土‑甲醇插层复合物产品。该方法过程简单，操作简便，反应时间短，插层率可达82%以上。

Description

一种高岭土-甲醇插层复合物的快速制备方法
技术领域
本发明属于无机-有机插层复合物的制备，具体涉及一种高岭石-甲醇插层复合物的制备方法。
背景技术
由于有机-无机杂化材料结合了无机主体材料和有机客体物质的结构、物理和化学性质，因此这类材料的研究在过去几十年一直蓬勃发展。层状天然矿物的插层反应是用于制备纳米级有机-无机杂化材料的重要方法。高岭石作为一种1：1型层状硅铝酸盐矿物，由于其天然的“Janus”结构而受到相当大的关注。几种客体分子如二甲基亚砜（DMSO），N-甲基甲酰胺（NMF），尿素（U），乙酸钾（KAc）和肼可以直接插入高岭石层间。这些客体分子的插层，能够增加高岭石的层间距，进而使其它分子进入高岭石层间成为可能，形成各种功能性插层复合物。其中，由甲氧基改性高岭石中间层的高岭石-甲醇插层复合物（KMe）最具有吸引力，因为它是高岭石从片状向埃洛石状纳米管转变不可或缺的中间体。此外，KMe也是高岭石进一步发生插层反应的关键中间体。最近，有报道将KMe用作装载和缓释抗癌药物的载体。所以，KMe是一类非常有应用前景的杂化材料。
Tunney和Detellier于1996年第一次报道了KMe。该制备过程以DMSO或NMF为预插层剂，甲醇为溶剂，利用溶剂热方法在190℃至270℃的温度下合成了KMe。Xu等人也采用了类似的方法，他们将高岭石-DMSO插层复合物和甲醇以1g:75ml的固/液比置于高压釜中并在100℃下反应24小时，从而将甲醇插入高岭石层间，制备了KMe。研究人员还做了大量工作，尝试在室温下制备KMe。然而，在室温下，甲醇置换DMSO的反应非常缓慢，通常需要一周甚至更长时间。此外，反应物需要不断重新分散在新鲜的甲醇中，以完全置换DMSO，从而显著增加了甲醇的用量，而甲醇的挥发性和毒性也增加了制备KMe的操作难度和成本。因此，简化KMe的制备过程十分必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种快速制备高岭石-甲醇插层复合物的方法，方法成本低廉，操作简单，制备效率高。
不同于传统的溶剂热法和室温搅拌法，本发明提供了一种快速制备高岭石-甲醇插层复合物的方法，其特征和基本原理为：
将高岭石粉末经有机小分子插层，制成高岭石插层复合物前躯体；将上述高岭石插层复合物前躯体置于索氏提取器的提取管内，将溶剂和插层剂甲醇加入提取瓶内，加热回流，甲醇在索氏提取器中不断回流、冷凝，反复淋洗高岭石插层复合物前躯体，甲醇逐步替代插层复合物前躯体中的插层剂，形成高岭石-甲醇插层复合物，产物经干燥，即得高岭石-甲醇插层复合物。
本发明所述的方法，能够大大缩短高岭石-甲醇插层复合物的制备周期，简化制备操作，具有良好的应用前景。
附图说明
图1为实施例制备的高岭石-二甲基亚砜插层复合物(KD)以及高岭石-甲醇插层复合物(KMe)的XRD谱图。从图中可以看出，KD的层间距为1.13nm，插层率为94.4%。随着替换反应时间的增加，层间距逐渐减小为0.88nm，插层率减小至82.4%。反应8h后，层间距不再发生变化，表明DMSO被甲醇完全替换。
图2为实施例制备的高岭石-二甲基亚砜插层复合物(KD)以及高岭石-甲醇插层复合物(KMe)的红外光谱图。图中3540, 3505, 3022, 2937, 1433, 1401, 1318cm-1为DMSO分子的特征峰，随着替换反应时间的增加，DMSO分子的特征峰逐渐减弱，在2843, 1654cm-1处出现甲醇分子特征峰。反应8h后，DMSO分子的特征峰完全消失，表明DMSO分子被甲醇完全替换。
图3为应用实例制备的高岭石纳米管透射电镜照片。
具体实施方式
实施例1
将90毫升二甲基亚砜与10毫升水混合后，加入10g高岭石，于80℃下搅拌反应24小时，自然降温后离心分离，离心转速为6000转/分，离心时间为5分钟。产物经无水乙醇洗涤3次，60℃干燥12小时，得到高岭石-二甲基亚砜插层复合物(KD)。将5 g高岭石-二甲基亚砜插层复合物包入滤纸筒，并置于索氏提取器的提取管中。量取100毫升甲醇加入索氏提取器的提取瓶中。开启冷凝水，加热甲醇至回流，反应2小时。反应后，产物经自然晾干，得高岭石-甲醇插层复合物(KMe)。产物XRD图谱见附图1，红外光谱图见附图2。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于：加热甲醇至回流，反应时间为4小时。产物XRD图谱见附图1，红外光谱图见附图2。
实施例3
本实施例与实施例1的不同之处在于：加热甲醇至回流，反应时间为6小时。产物XRD图谱见附图1，红外光谱图见附图2。
实施例4
本实施例与实施例1的不同之处在于：加热甲醇至回流，反应时间为8小时。产物XRD图谱见附图1，红外光谱图见附图2。
实施例5
本实施例与实施例1的不同之处在于：加热甲醇至回流，反应时间为10小时。产物XRD图谱见附图1，红外光谱图见附图2。
实施例6
本实施例与实施例1的不同之处在于：加热甲醇至回流，反应时间为12小时。产物XRD图谱见附图1，红外光谱图见附图2。
应用实例
实施例4-6所述高岭石-甲醇插层复合物(KMe)可用于制备高岭石纳米管。具体步骤为：取1g湿润状态的KMe分散于75ml 浓度为1M的十六烷基三甲基氯化铵甲醇溶液中。将上述分散液装入100ml水热反应釜，120℃下反应24h。所得固体经乙醇洗涤3次，60℃干燥12h，即得高岭石纳米管。产物透射电镜照片如附图3所示。

Claims (3)

1.一种高岭石-甲醇插层复合物的制备方法，其特征在于，以高岭石-有机插层复合物为前躯体，甲醇为插层剂和溶剂，将前驱体置于索氏提取器的提取管内，将溶剂和插层剂甲醇加入提取瓶内，加热回流，在索氏提取器中反应，制得高岭石-甲醇插层复合物。
2.根据权利要求1所述的高岭石-甲醇插层复合物的制备条件，其特征在于，加热溶剂至回流，回流反应时间为2-12小时。
3.根据权利要求1所述的高岭石-甲醇插层复合物的制备方法，其特征在于，前驱体可以为高岭石-尿素插层复合物、高岭石-N-甲基甲酰胺插层复合物、高岭石-水合肼插层复合物以及高岭石-醋酸钾插层复合物；反应溶剂为插层剂甲醇。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107857273A (zh) * 2017-12-01 2018-03-30 武汉理工大学 一种疏水性二氧化硅气凝胶制备过程中自动置换溶剂的装置

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Non-Patent Citations (1)

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Title
刘春艳等: "高岭石-甲醇插层复合物的结构及热分解行为", 《硅酸盐通报》 *

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