CN110240172B - 一种气相剥离制备蒙脱土纳米片的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种气相剥离蒙脱土纳米片的方法,包括以下步骤:(1)将蒙脱土放入到鼓风干燥箱中在60℃~80℃下干燥6~8h;(2)将步骤(1)得到的蒙脱土置于50mL~100mL液氮的反应瓶中,至液氮完全气化;(3)将步骤(2)得到的蒙脱土静置,待蒙脱土温度恢复至室温后取出备用;(4)重复步骤(2)和步骤(3)1~10次。本发明的有益效果:解决了蒙脱土在剥离过程中存在的消耗大量介质、耗能大、工艺流程长、环境污染、片层结构易被破坏等问题,本发明工艺简单、成本低廉、对环境友好,降低了蒙脱土剥离难度的同时提高了剥离效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种蒙脱土纳米片的剥离方法,尤其涉及一种气相剥离蒙脱土纳米片的方法,属于纳米材料技术领域。
背景技术
蒙脱土是一种硅酸盐矿物质。蒙脱土特殊的层状结构使其在材料改性和复合材料的合成方面表现优异。多层蒙脱土剥离成少层或单层蒙脱土能提高蒙脱土的宽高比和比表面积。研究表明,高的宽高比可以明显增强纳米复合材料的屏障特性和机械性能。而高的比表面积可以有效提高其吸附性和化学活性。蒙脱土还具有价格低廉、无毒、比表面积大等优点,因此蒙脱土被称为“万能材料”。
目前蒙脱土剥离的方法主要有机械剥离法、溶液剥离法、原位聚合剥离法和熔融剥离法。机械剥离法是通过机械力剪切蒙脱土以破坏其层间的范德华力和静电引力。但机械力的方向是无序的,在剥离蒙脱土的同时易破坏蒙脱土原有的片层大小。其中超声剥离方法是最常用且最简单易操作的机械剥离方法。溶液剥离法是将无机物或有机物以溶剂为介质直接引入到蒙脱土层间以剥离蒙脱土。原位剥离法将单体、引发剂和催化剂引入层间发生聚合反应,反应得到的聚合物可以有效地剥离蒙脱土。但溶液剥离法和原位聚合剥离法中大量溶剂的使用不符合环境友好的要求。熔融剥离法是通过蒙脱土和聚合物的熔融混合,在剪切力的作用下使聚合物链进入蒙脱土的层间通道。聚合物通过在蒙脱土层间的不断渗透,破坏其层间的范德华力和静电引力。但通常熔融剥离法剥离效率低。
发明内容
为了解决上述技术问题本发明提供一种气相剥离制备蒙脱土纳米片的方法,目的是使剥离方法操作简单、降低成本、对环境无污染。
为了实现上述目的,本发明一种气相剥离制备蒙脱土纳米片的方
法,包括以下步骤:
(1)将蒙脱土放入到鼓风干燥箱中在60℃~80℃下干燥6~8h;
(2)将步骤(1)得到的蒙脱土置于50mL~100mL液氮的反应瓶中,至液氮完全气化;
(3)将步骤(2)得到的蒙脱土静置,待蒙脱土温度恢复至室温后取出备用;
(4)重复步骤(2)和步骤(3)1~10次。
一种气相剥离制备蒙脱土纳米片的方法,还包括将步骤(4)得到的蒙脱土放入到150W~450W的超声波清洗器中超声震荡10min~60min即得到蒙脱土纳米片。
所述的步骤(1)中所述的蒙脱土为纳基蒙脱土、钙基蒙脱土或膨润土。
所述步骤(2)和步骤(3)重复5~8次。
所述的步骤(1)干燥后冷却至室温备用。
本发明的有益效果:
本发明采用液氮气化剥离蒙脱土,蒙脱土和液氮在常温下混合。液氮进入蒙脱土层间,在常温下迅速气化,蒙脱土层间距迅速增大,成功制备蒙脱土纳米片。液氮的超低温对于蒙脱土片层具有一定的固化作用,气化剥离法和常规的超声剥离法相结合,提高蒙脱土剥离效率的同时解决了超声剥离法片层结构易破坏的问题。解决了蒙脱土在剥离过程中存在的消耗大量介质(水、有机溶剂等)、耗能大、工艺流程长、环境污染、片层结构易被破坏等问题,本发明工艺简单、成本低廉、对环境友好,降低了蒙脱土剥离难度的同时提高了剥离效率。
附图说明
图1是实施例1使用的纳基蒙脱土原样和制备的蒙脱土纳米片的XRD曲线。
图2是实施例1蒙脱土原料的SEM照片(a)和制备的蒙脱土纳米片的SEM照片(b)。
图3是实施例4使用的纳基蒙脱土原样和制备的蒙脱土纳米片的XRD曲线。
图4是使用的原样纳基蒙脱土和实施例1、3、4中得到的蒙脱土纳米片的XRD谱图对比。
具体实施方式
实施例1
称取1g纳基蒙脱土,置于烧杯中,放入到鼓风干燥箱中,60℃干燥8h,取出蒙脱土,冷却至室温备用。将干燥好的蒙脱土放入到200mL锥形瓶中,向锥形瓶中加入50mL液氮,待液氮完全气化后静置。重复上述气化-静置步骤共5次,得到蒙脱土纳米片。
图1是本实施例中使用的蒙脱土原样和剥离后蒙脱土纳米片的XRD谱图,图1中蒙脱土剥离后特征峰(001)发生偏移,根据布拉格方程2dsinθ=λ,剥离前蒙脱土层间距d=1.263nm,剥离后的蒙脱土层间距d=1.506nm,说明蒙脱土被成功剥离。
图2是蒙脱土原料的SEM照片(a)和本实施例制备的蒙脱土纳米片的SEM照片(b),图2(b)表示制备出的蒙脱土纳米片呈单层或少层结构,蒙脱土被成功剥离。且蒙脱土片层大小并未观察到有明显的的改变。
实施例2
称取1g纳基蒙脱土,置于烧杯中,放入到鼓风干燥箱中,60℃干燥8h,取出蒙脱土,冷却至室温备用。将干燥好的蒙脱土放入到200mL锥形瓶中,向锥形瓶中加入50mL液氮,待液氮完全气化后静置。 重复上述气化-静置步骤共10次,得到蒙脱土纳米片。得到的蒙脱土经计算层间距为1.503nm。
实施例3
称取1g纳基蒙脱土,置于烧杯中,放入到鼓风干燥箱中,60℃干燥8h,取出蒙脱土,冷却至室温备用。将干燥好的蒙脱土放入到200mL锥形瓶中,将蒙脱土放入到150W的超声波清洗器中超声震荡10min,得到蒙脱土纳米片。得到的蒙脱土经计算层间距为1.523nm。
实施例4
称取1g纳基蒙脱土,置于烧杯中,放入到鼓风干燥箱中,60℃干燥8h,取出蒙脱土,冷却至室温备用。将干燥好的蒙脱土放入到200mL锥形瓶中,向锥形瓶中加入50mL液氮,待液氮完全气化后静置。 重复上述气化-静置步骤共5次,得到的蒙脱土放入到150W的超声波清洗器中超声震荡10min,得到蒙脱土纳米片。
图3是本实施例中使用的蒙脱土原样和蒙脱土纳米片的XRD谱图,图1中蒙脱土剥离后特征峰(001)发生偏移,根据布拉格方程2dsinθ=λ,剥离前蒙脱土层间距d=1.263nm,剥离后的蒙脱土层间距d=1.581nm,说明蒙脱土被成功剥离。相较于实施例1中的单独的液氮气化剥离方法,剥离程度有所提高。
图4是原始蒙脱土和实施例1、3、4中得到的蒙脱土纳米片的XRD谱图对比,图4d中蒙脱土经过气相剥离和超声剥离后特征峰(001)相较于单独的超声剥离更尖锐,说明气相剥离在提高剥离效率的同时保证蒙脱土片层的完整度。
实施例5
称取1g纳基蒙脱土,置于烧杯中,放入到鼓风干燥箱中,60℃干燥8h,取出蒙脱土,冷却至室温备用。将干燥好的蒙脱土放入到200mL锥形瓶中,向锥形瓶中加入100mL液氮,待液氮完全气化后静置。重复上述气化-静置步骤共5次,得到的蒙脱土放入到450W的超声波清洗器中超声震荡10min,得到蒙脱土纳米片。得到的蒙脱土经计算层间距为1.612nm。
实施例6
称取1g纳基蒙脱土,置于烧杯中,放入到鼓风干燥箱中,60℃干燥8h,取出蒙脱土,冷却至室温备用。将干燥好的蒙脱土放入到200mL锥形瓶中,向锥形瓶中加入100mL液氮,待液氮完全气化后静置。 重复上述气化-静置步骤共8次,得到的蒙脱土经计算层间距为1.509nm。
实施例7
称取1g纳基蒙脱土,置于烧杯中,放入到鼓风干燥箱中,80℃干燥6h,取出蒙脱土,冷却至室温备用。将干燥好的蒙脱土放入到200mL锥形瓶中,向锥形瓶中加入80mL液氮,待液氮完全气化后静置。 重复上述气化-静置步骤共5次,得到蒙脱土纳米片。得到的蒙脱土经计算层间距为1.511nm。
实施例8
称取1g膨润土,置于烧杯中,放入到鼓风干燥箱中,70℃干燥7h,取出膨润土,冷却至室温备用。将干燥好的膨润土放入到200mL锥形瓶中,向锥形瓶中加入70mL液氮,待液氮完全气化后静置。 重复上述气化-静置步骤共3次,得到的膨润土放入到450W的超声波清洗器中超声震荡10min,得到蒙脱土纳米片。原样膨润土的层间距为1.232nm,得到的膨润土纳米片经计算层间距为1.529nm。
实施例9
称取1g膨润土,置于烧杯中,放入到鼓风干燥箱中,60℃干燥8h,取出膨润土,冷却至室温备用。将干燥好的膨润土放入到200mL锥形瓶中,向锥形瓶中加入50mL液氮,待液氮完全气化后静置。 重复上述气化-静置步骤共8次,得到的膨润土放入到150W的超声波清洗器中超声震荡30min,得到膨润土纳米片。原样膨润土的层间距为1.232nm,得到的膨润土纳米片经计算层间距为1.543nm。
实施例10
称取1g钙基蒙脱土,置于烧杯中,放入到鼓风干燥箱中,60℃干燥8h,取出蒙脱土,冷却至室温备用。将干燥好的蒙脱土放入到200mL锥形瓶中,向锥形瓶中加入50mL液氮,待液氮完全气化后静置。 重复上述气化-静置步骤共10次,得到的蒙脱土放入到450W的超声波清洗器中超声震荡60min,得到蒙脱土纳米片。原样钙基蒙脱土的层间距为1.532nm,得到的蒙脱土纳米片经计算层间距为1.829nm。
实施例11
称取1g纳基蒙脱土,置于烧杯中,放入到鼓风干燥箱中,60℃干燥8h,取出蒙脱土,冷却至室温备用。将干燥好的蒙脱土放入到200mL锥形瓶中,向锥形瓶中加入50mL液氮,待液氮完全气化后静置。 重复上述气化-静置步骤共3次,得到的蒙脱土放入到300W的超声波清洗器中超声震荡30min,得到蒙脱土纳米片。得到的蒙脱土经计算层间距为1.606nm。
实施例12
称取1g纳基蒙脱土,置于烧杯中,放入到鼓风干燥箱中,60℃干燥8h,取出蒙脱土,冷却至室温备用。将干燥好的蒙脱土放入到200mL锥形瓶中,向锥形瓶中加入50mL液氮,待液氮完全气化后静置。 重复上述气化-静置步骤共3次,得到蒙脱土纳米片。得到的蒙脱土经计算层间距为1.487nm。
实施例13
称取1g钙基蒙脱土,置于烧杯中,放入到鼓风干燥箱中,60℃干燥8h,取出蒙脱土,冷却至室温备用。将干燥好的蒙脱土放入到200mL锥形瓶中,向锥形瓶中加入50mL液氮,待液氮完全气化后静置。 重复上述气化-静置步骤共5次,得到蒙脱土纳米片。原样钙基蒙脱土的层间距为1.532nm,得到的蒙脱土纳米片经计算层间距为1.797nm。
实施例14
称取1g钙基蒙脱土,置于烧杯中,放入到鼓风干燥箱中,60℃干燥8h,取出蒙脱土,冷却至室温备用。将干燥好的蒙脱土放入到200mL锥形瓶中,向锥形瓶中加入50mL液氮,待液氮完全气化后静置。 重复上述气化-静置步骤共10次,得到的蒙脱土放入到150W的超声波清洗器中超声震荡60min,得到蒙脱土纳米片。原样钙基蒙脱土的层间距为1.532nm,得到的蒙脱土纳米片经计算层间距为1.812nm。
Claims (4)
1.一种气相剥离制备蒙脱土纳米片的方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)将蒙脱土放入到鼓风干燥箱中在60℃~80℃下干燥6~8h;
(2)将步骤(1)得到的蒙脱土置于50mL~100mL液氮的反应瓶中,至液氮完全气化;
(3)将步骤(2)得到的蒙脱土静置,待蒙脱土温度恢复至室温后取出备用;
(4)重复步骤(2)和步骤(3)1~10次;
将步骤(4)得到的蒙脱土放入到150W~450W的超声波清洗器中超声震荡10min~60min即得到蒙脱土纳米片。
2.根据权利要求1所述的一种气相剥离制备蒙脱土纳米片的方法,其特征在于步骤(1)中所述的蒙脱土为纳基蒙脱土、钙基蒙脱土或膨润土。
3.根据权利要求1所述的一种气相剥离制备蒙脱土纳米片的
方法,其特征在于重复步骤(2)和步骤(3)5~8次。
4.根据权利要求1所述的一种气相剥离制备蒙脱土纳米片的方法,其特征在于步骤(1)干燥后冷却至室温备用。
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