專利名稱：一種剝離層狀無(wú)機(jī)材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種剝離層狀無(wú)機(jī)材料的方法，屬于無(wú)機(jī)超細(xì)片層材料的制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
層狀無(wú)機(jī)材料(高嶺土，蒙脫土及陰離子型黏土等)是很重要的非金屬礦物材料。 其中高嶺土主要用于造紙、橡膠、陶瓷、顏料、水泥、建材、耐火材料等行業(yè)；蒙脫土是一種天 然納米粉體，具有高度的膠體性、可塑性和粘結(jié)力。其吸水性很強(qiáng)，加水膨脹，體積可增加幾 倍到十幾倍，是組成膨潤(rùn)土的主要成分?？捎米縻@探泥漿，鑄型砂和鐵礦球團(tuán)的粘合劑，造 紙、橡膠、化妝品的填充劑，紡織和石油工業(yè)中作吸收劑、石油脫色和裂化催化劑的原料；陰 離子型粘土 (又稱水滑石或類水滑石)在吸附、催化、醫(yī)藥、電化學(xué)、光化學(xué)、農(nóng)藥、軍工材料 等許多領(lǐng)域已經(jīng)或即將展現(xiàn)出極為廣闊的應(yīng)用前景。在以上行業(yè)的許多高檔產(chǎn)品的生產(chǎn) 中，對(duì)原材料粒度的要求越來(lái)越高，因此層狀無(wú)機(jī)材料材料的剝離顯得尤為重要。
層狀無(wú)機(jī)材料的剝片技術(shù)有機(jī)械研磨剝片法和化學(xué)剝離法，單靠機(jī)械研磨方法 的缺點(diǎn)是過度研磨會(huì)破壞無(wú)機(jī)材料的晶體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其產(chǎn)品性能不佳；化學(xué)剝離的原 理是利用插層作用使層狀無(wú)機(jī)材料層間膨脹，鍵合力大為減弱，除去插層客體后，原來(lái)堆 垛的片狀層狀無(wú)機(jī)材料就自然分解成小片狀的無(wú)機(jī)材料，達(dá)到自然剝離的目的。其中， Tsunematasu等對(duì)高嶺土 _尿素插層復(fù)合物用研磨法使高嶺土剝離，然而形成的顆粒處 于微米、亞微米級(jí)，達(dá)不到納米尺度，而且絕大部分成為非晶態(tài)顆粒的團(tuán)聚體，破壞了高 嶺石原有的晶體結(jié)構(gòu)；另外由于超聲波可產(chǎn)生局部超高溫、超高壓，并且超聲空化作用產(chǎn) 生很高的空化能，造成固體表面顆粒間的劇烈碰撞，使顆粒尺寸減小，P6rez-Maqueda和 P6rez-Rodriguez等人通過超聲處理蛭石和云母的晶體大顆粒，得到了納米級(jí)的蛭石和云 母的片狀顆粒；Franco等人用超聲處理水和高嶺土的混合物，可達(dá)到良好剝片效果，且晶 體結(jié)構(gòu)保持良好，但所需時(shí)間較長(zhǎng)，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是提供一種剝離層狀無(wú)機(jī)材料的快速方法。本發(fā)明首先將有機(jī)分子插入到 層狀無(wú)機(jī)材料層間，制備層狀無(wú)機(jī)材料有機(jī)插層復(fù)合物，然后在超聲，或微波條件下處理層 狀無(wú)機(jī)材料有機(jī)插層復(fù)合物，由于超聲波可產(chǎn)生局部超高溫、超高壓，并且超聲空化作用產(chǎn) 生很高的空化能，造成固體表面顆粒間的劇烈碰撞，插層劑也易于分解并從層狀無(wú)機(jī)材料 的層間快速逸出。而隨著微波輻射技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用已從傳統(tǒng)的軍事和通訊領(lǐng)域擴(kuò)展到 工業(yè)，農(nóng)業(yè)，化工，生物制藥，制備新型材料等許多領(lǐng)域，利用微波的"內(nèi)加熱"，使被加熱物 體在不同深度同時(shí)產(chǎn)生熱，具有加熱速度快(反應(yīng)速率大大加快，可以提高幾十甚至幾百 倍)和加熱均勻的特點(diǎn)，同時(shí)在強(qiáng)磁場(chǎng)的作用下，在微波中存在著用熱力學(xué)方法得不到的 高能態(tài)的原子、分子和離子，因而可以使一些在熱力學(xué)上較難進(jìn)行甚至不能進(jìn)行的反應(yīng)得 以發(fā)生，正是由于這些優(yōu)點(diǎn)，可以在微波條件下使層狀無(wú)機(jī)材料層間的插層劑快速分解從 層間逸出。
現(xiàn)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的詳細(xì)內(nèi)容，一種剝離層狀無(wú)機(jī)材料的快速方法，其特征在于 它的步驟如下 第一步制備層狀無(wú)機(jī)材料有機(jī)插層復(fù)合物 取適量的層狀無(wú)機(jī)材料和插層劑，采用溶液插層法，熔融插層法或者吸濕法等將 有機(jī)插層劑插入到層狀無(wú)機(jī)材料的層間，洗滌，干燥后即得制備層狀無(wú)機(jī)材料有機(jī)插層復(fù) 合物。
第二步快速剝離層狀無(wú)機(jī)材料 將上述制備的層狀無(wú)機(jī)材料有機(jī)插層復(fù)合物固體，或者將層狀無(wú)機(jī)材料有機(jī)插層 復(fù)合物加入到合適的溶液中，然后在超聲波或者微波的條件下，短時(shí)間內(nèi)使其層間的有機(jī) 物分解，從層狀無(wú)機(jī)材料的層間逸出，使其剝離。
第三步成品 將上述得到的層狀無(wú)機(jī)材料干燥，研磨后得到層狀無(wú)機(jī)材料的剝離產(chǎn)物。
與背景技術(shù)相比，本發(fā)明具有下述效果
1.剝離速度快 采用在超聲波或者微波的條件下，處理層狀無(wú)機(jī)材料有機(jī)插層復(fù)合物，使層狀無(wú) 機(jī)材料層間的有機(jī)物在短時(shí)間內(nèi)分解成氣體從層間逸出，使層狀無(wú)機(jī)材料快速剝離。
2.剝離效果好 采用在超聲波或者微波的條件下，處理層狀無(wú)機(jī)材料有機(jī)插層復(fù)合物，不僅能有
效剝離層狀無(wú)機(jī)材料，而且還能保持層狀無(wú)機(jī)材料良好的晶體結(jié)構(gòu)。 3.剝離能耗低 采用在超聲波或者微波的條件下，處理層狀無(wú)機(jī)材料有機(jī)插層復(fù)合物，所需時(shí)間 短，就能使層狀無(wú)機(jī)材料層間的有機(jī)物完全分解成氣體并逸出，使層狀無(wú)機(jī)材料剝離，該過 程所需能耗低。


圖l為高嶺土原土 (a)、高嶺土-尿素插層復(fù)合物(b)和采用插層-超聲酸浸分解 方法剝離后的高嶺土 (c)的XRD譜圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)結(jié)合以具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)描述
實(shí)施例1 第一步制備高嶺土 _尿素插層復(fù)合物 稱取5g高嶺土，置于燒瓶中，然后再加入50ml飽和尿素溶液(濃度約為13M)，在 65t:水浴條件下攪拌3d，離心分離后，再用無(wú)水乙醇洗滌高嶺土表面殘留的尿素，再經(jīng)離心 分離后，在6(TC真空下干燥，即得尿素_高嶺土插層復(fù)合物，其插層率為65%。
第二步超聲酸浸分解法快速剝離高嶺土 將上述制備的高嶺土-尿素插層復(fù)合物lg，加入到酸性溶液中，混合后立即進(jìn)行 超聲處理5min，使高嶺土自然剝片。
第三步成品
將上述得到的高嶺土重復(fù)用無(wú)水乙醇清洗2 3遍，然后6(TC干燥，得到高嶺土的 剝離產(chǎn)物。測(cè)得其晶粒厚度由原來(lái)的40nm減小到13nm，粒徑分布最大體積百分含量處的粒 徑也由原土的6. 32iim減小至4. 17iim。
實(shí)施例2 第一步制備水滑石-OBSH插層復(fù)合物 (1)取2g水滑石均勻分散于20ml去離子水中，滴加鹽酸調(diào)節(jié)液體pH = 4。
(2)取2g OBSH固體溶解于40mlDMS0中形成澄清溶液。 (3)將步驟1和2所配置的兩種溶液相互混合，恒溫水浴40°C，攪拌24h后，離心 分離后，干燥所得沉淀24h，得到最終白色產(chǎn)物，即為水滑石-OBSH插層復(fù)合物。
第二步快速剝離水滑石 將上述制備的水滑石-OBSH插層復(fù)合物lg，放到微波爐里加熱使OBSH快速分解，
使水滑石自然剝片。
第三步成品 將上述得到的水滑石重復(fù)用無(wú)水乙醇清洗2 3遍，然后6(TC干燥，得到水滑石的 剝離產(chǎn)物。測(cè)得其晶粒厚度由原來(lái)的30-40nm減小到5-10nm。
權(quán)利要求
一種剝離層狀無(wú)機(jī)材料的方法，其特征在于主要是在層狀無(wú)機(jī)材料中插入能破壞或減弱無(wú)機(jī)材料層間作用力的插層劑，形成層狀無(wú)機(jī)材料插層復(fù)合物，然后取其固體在高能量的條件下，或者在合適的溶液與高能量的復(fù)合條件下，結(jié)合插層劑的作用，短時(shí)間內(nèi)發(fā)生強(qiáng)烈的物理作用和化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致無(wú)機(jī)材料層間作用力的破壞，最后依次經(jīng)歷洗滌，分離，干燥即得無(wú)機(jī)材料的剝離產(chǎn)物。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的剝離無(wú)機(jī)材料的快速方法，其特征在于無(wú)機(jī)材料包括至少一 種的高嶺石族粘土 、海泡石族粘土 、蒙皂石族粘土 、水云母族粘土 、埃洛族粘土 、綠泥石族粘 土、水滑石類、層狀磷酸鹽類、層狀金屬氧化物、層狀金屬硫化物和層狀石墨材料，優(yōu)選為高 嶺土。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的剝離高嶺土的快速方法，其特征在于插入到高嶺土層間的插 層物可以是任意一種尿素，肼，醋酸鉀，二甲基亞砜，聚合物，AC(偶氮二甲酰胺)和0BSH(4， 4'-氧代雙苯磺酰肼)等，可以是上述物質(zhì)的衍生物，也可以是上述物質(zhì)的混合物。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的快速剝離水滑石的方法，其特征在于插入到水滑石層間的插 層物可以是任意一種功能性有機(jī)陰離子，如0BSH(4，4'-氧代雙苯磺酰肼)、DNA、氨基酸、殺 蟲劑、植物生長(zhǎng)激素和藥物分子等。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的快速剝離蒙脫土的方法，其特征在于插入到蒙脫土層間的插 層物可以任意一種磷酸鹽類、石墨、金屬氧化物、二硫化物、三硫化磷絡(luò)合物、聯(lián)二脲、烷基 銨鹽、聚合物、AC(偶氮二甲酰胺)、0BSH(4，4' _氧代雙苯磺酰肼)、二甲基亞砜(匿S0)、乙 二醇、二甲基甲酰胺(DMF)、H20、丙酮、甲醇、乙醇、氯仿、氯苯、二氯乙烷、妣啶、四氫呋喃、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. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速剝離層狀粘土的方法，其特征在于處理層狀粘土插層復(fù) 合物的高能量條件可以是在超聲條件下，也可以是在微波條件下。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理層狀粘土插層復(fù)合物的合適溶液，其特征在于根據(jù)插層 劑的不同，選擇不同的溶液。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的處理層狀粘土插層復(fù)合物的高能量條件，其特征在于根據(jù)插 層劑的不同，選擇不同的處理?xiàng)l件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種剝離層狀無(wú)機(jī)材料的方法。該方法是先制備層狀無(wú)機(jī)材料有機(jī)插層復(fù)合物，然后把層狀無(wú)機(jī)材料有機(jī)插層復(fù)合物固體，或者將層狀無(wú)機(jī)材料有機(jī)插層復(fù)合物加入到合適的溶液中，在超聲波或者微波的條件下，短時(shí)間內(nèi)使其層間的有機(jī)物分解，從層狀無(wú)機(jī)材料的層間逸出，從而使層狀無(wú)機(jī)材料快速剝離，最后分離、洗滌、干燥、研磨得到產(chǎn)品。該方法不僅能在短時(shí)間內(nèi)使層狀無(wú)機(jī)材料剝離，而且還可保持層狀無(wú)機(jī)材料良好的晶體結(jié)構(gòu)，使層狀無(wú)機(jī)材料現(xiàn)有的用途產(chǎn)生質(zhì)的提高，使其價(jià)值倍增。
文檔編號(hào)C01B33/00GK101734677SQ200810225548
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2008年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月5日
發(fā)明者朱甲子, 李瑞芳, 郭燦雄 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)