專利名稱：一種直接置換插層制備0.85nm水合高嶺石的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水合高嶺石的制備方法，尤其是涉及一種直接置換插層制備 0. 85nm水合高嶺石的方法。該水合高嶺石具有較強的置換插層能力，可以作為一種制備其 他高嶺石插層復(fù)合物的環(huán)保型前軀體，屬于復(fù)合材料領(lǐng)域，在納米催化、藥物傳遞、離子導(dǎo) 體、電極、納米復(fù)合材料等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
背景技術(shù)：
高嶺石是一種重要的非金屬礦產(chǎn)資源，主要由微小片狀、管狀、疊片狀等高嶺 石族礦物組成，工業(yè)上廣泛用于造紙、陶瓷、油漆、橡膠、塑料、石油化工等領(lǐng)域。高嶺石 (Al2Si2O5(OH)4)是一種典型的1:1型層狀硅酸鹽，其晶體結(jié)構(gòu)是由鋁氧八面體和硅氧四面 體復(fù)層在c軸方向上作周期性排列組成，層與層間通過鋁羥基和硅氧基之間形成的氫鍵相 連。一定條件下，某些物質(zhì)(原子、離子或分子)可以克服層間的作用力可逆地插入層間空 隙，而不破壞其原有的層狀結(jié)構(gòu)，這種作用稱為插層作用。高嶺石插層復(fù)合物一直是行業(yè)研究的熱點，在電化學、藥物傳遞、聚合物納米復(fù)合 材料、催化劑等領(lǐng)域具有較大的科研和應(yīng)用價值。由于高嶺石層狀結(jié)構(gòu)中存在大量的羥基 活性基團，因而不同于蒙脫土，當高嶺石與其它物質(zhì)形成復(fù)合體系時在形成過程中表現(xiàn)出 特殊的優(yōu)越性能。不過，由于高嶺石晶層內(nèi)部缺乏同形置換，結(jié)構(gòu)單元層間沒有陽離子，因 此高嶺石的陽離子交換能力很弱，且高嶺石層間存在較強的氫鍵，一般物質(zhì)很難進入高嶺 石層間，只有少數(shù)極性較強的有機小分子如醋酸鉀、水合胼、甲酰胺、二甲亞砜、尿素等能夠 直接插層高嶺石，其他分子只能通過置換等方式進入高嶺石層間。要想獲得具有各種性能的插層復(fù)合物，通常需要利用置換法進行，也即制備高嶺 石插層復(fù)合物通常需要選擇合適的前軀體。但現(xiàn)有如上述的直接插層高嶺石復(fù)合物并不適 合用作所有分子置換插層的前驅(qū)體，有時制備合適的前驅(qū)體需要經(jīng)過幾次置換插層才能得 到，因而制備時間長、工藝相對復(fù)雜。進一步的研究發(fā)現(xiàn)水合高嶺石可以作為一種制備高嶺石插層復(fù)合物的前軀體，一 些不能直接在高嶺石層中插層的有機分子，已經(jīng)報道如乙二醇、丙酮、嘧啶、甘油、氨基酸 等，則可以通過水合高嶺石直接與這些有機分子作用，形成穩(wěn)定的插層復(fù)合物。而且，這是 一種環(huán)境友好型插層前軀體，某些極性較強并可用來直接插層的有機小分子如二甲亞砜等 都有較強的毒性，會造成一定的環(huán)境污染；而這種水合高嶺石，其本身是一種水合產(chǎn)物，因 而作為進一步制備各種其它插層化合物的前驅(qū)體，對下游環(huán)節(jié)不會造成任何環(huán)境污染，因 此它是一種對環(huán)境非常友好的用于制備各種相關(guān)插層化合物的產(chǎn)品，必將具有廣泛的應(yīng)用 前景和潛在的市場。然而，現(xiàn)已報道的水合高嶺石大多還是利用多步取代插層法制備，如利用二甲亞 砜/高嶺石先制備出乙二醇/高嶺石復(fù)合物，再以乙二醇/高嶺石作為中間相與水反應(yīng)3 天后可得到0. 84nm的水合高嶺石。通過先制備N-甲基甲酰胺/高嶺石，再以此制備甲醇/ 高嶺石復(fù)合物，最后與水反應(yīng)3天后得到1. OOnm的水合高嶺石，再在空氣干燥或溶液溫度高于30°C時可轉(zhuǎn)變?yōu)?. 85nm的水合高嶺石?？傮w看，目前水合高嶺石基本都是通過前期制 備出穩(wěn)定性較高的高嶺石插層復(fù)合物，再與水在低溫條件下反應(yīng)得到，且反應(yīng)周期較長，通 常需要幾天的時間，顯然現(xiàn)有工藝還較難用于實際生產(chǎn)。因而目前要想獲得具有實用意義的生產(chǎn)工藝并真正用于批量制備這種水合高嶺 土前驅(qū)體產(chǎn)品，其主要目標是改變工藝，簡化制備過程，縮短制備時間。這對這種水合高嶺 石前驅(qū)體的開發(fā)應(yīng)用并形成專業(yè)化的產(chǎn)品市場將起到非常重要的作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在于提供一種直接置換插層制備0. 85nm水合高嶺石的方法。利用尿素插 入高嶺石層間作為中間過渡相，通過一次置換插層成功制備了 0. 84nm水合高嶺石。本發(fā)明采用的技術(shù)方案的步驟如下
a、稱取重量比為1:1的高嶺石和尿素進行混合并經(jīng)研磨Ih后，放入密閉玻璃容器中， 在95°C下熱處理48h，得到高嶺石/尿素插層復(fù)合物和尿素混合物(1)；
b、將每Ig混合物(1)加入l(T20ml去離子水中，在室溫下磁力攪拌Imin洗去多余尿 素，離心后再用無水乙醇洗滌，得到高嶺石/尿素插層復(fù)合物O)；
C、將每Ig高嶺石/尿素插層復(fù)合物( 加入4(T80ml的去離子水中，在90 100°C下 磁力攪拌3 lOmin，離心后再用無水乙醇洗滌，經(jīng)40°C烘干后得到粉末狀0. 85nm水合高 嶺石。按上述步驟制備得到的水合高嶺石經(jīng)X射線衍射、紅外光譜和掃描電鏡分析表 明，水分子置換尿素/高嶺石插層復(fù)合物的層間尿素，得到一種水合高嶺石，其層間距從原 高嶺石的0. 72nm擴大到0. 85nm，得到的水合高嶺石含量為51% 64%，其中水分子嵌入在 高嶺石硅氧四面體復(fù)方三孔空隙中，能夠在空氣中長時間穩(wěn)定存在。本發(fā)明與背景技術(shù)相比具有的有益效果有
1、采用以尿素/高嶺石插層復(fù)合物作為前軀體，只需簡單的一步置換插層法即可制備 得到0. 85nm水合高嶺石，工藝簡單，對設(shè)備要求低，易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。2、水置換尿素/高嶺石插層復(fù)合物的層間尿素反應(yīng)速度很快，周期短，能夠?qū)崿F(xiàn) 在3 10 min內(nèi)快速制備形成0. 85nm水合高嶺石。3、制備這種0. 85nm水合高嶺石所采用的原料只有高嶺石、尿素和水，制備過程對 環(huán)境無污染。本發(fā)明制備的0. 85nm水合高嶺石中只含有水分子，不會造成二次環(huán)境污染，是一 種制備其他高嶺石插層復(fù)合物的環(huán)保型前軀體，一些不能直接在高嶺石層間插層的有機分 子，如乙二醇、丙酮、嘧啶、丙醇、四氫呋喃、甘油等分子，則可以直接通過與水合高嶺石作 用，形成穩(wěn)定的插層復(fù)合物，在納米催化、藥物傳遞、離子導(dǎo)體、電極、納米復(fù)合材料等領(lǐng)域 具有廣闊的應(yīng)用前景。


附圖是高嶺石原土及含有不同水合高嶺石的X射線衍射圖。附圖中
(a)是高嶺石原土 XRD;
4(b)是Ig尿素/高嶺石復(fù)合物與40ml去離子水在90°C條件下反應(yīng)!Min后樣品的XRD；
(c)是Ig尿素/高嶺石復(fù)合物與60ml去離子水在90°C條件下反應(yīng)5min后樣品的XRD；
(d)是Ig尿素/高嶺石復(fù)合物與80ml去離子水在90°C條件下反應(yīng)IOmin后樣品的
XRD;
(e)是Ig尿素/高嶺石復(fù)合物與40ml去離子水在100°C條件下反應(yīng)!Min后樣品的
XRD;
(f)是Ig尿素/高嶺石復(fù)合物與60ml去離子水在100°C條件下反應(yīng)5min后樣品的
XRD;
(g)是Ig尿素/高嶺石復(fù)合物與80ml去離子水在100°C條件下反應(yīng)IOmin后樣品的
XRD。
具體實施例方式實施例1:
a、稱取重量比為1:1的高嶺石和尿素進行混合并經(jīng)研磨Ih后，放入密閉玻璃容器中， 在95°C下熱處理48h，得到高嶺石/尿素插層復(fù)合物和尿素混合物(1)；
b、將Ig混合物(1)加入20ml去離子水中，在室溫下磁力攪拌Imin洗去多余尿素，離 心后再用無水乙醇洗滌，得到高嶺石/尿素插層復(fù)合物O)；
c、將Ig高嶺石/尿素插層復(fù)合物( 加入40ml的去離子水中，在90°C下磁力攪拌 3min,離心后再用無水乙醇洗滌，經(jīng)40°C烘干后得到粉末狀0. 85nm水合高嶺石。按上述步驟制備得到的水合高嶺石X射線衍射圖1 (b)，其層間距從原石的0. 72nm 擴大到0.85nm，得到的水合高嶺石含量為51%。如圖1(b)所示。實施例2:
a、稱取重量比為1:1的高嶺石和尿素進行混合并經(jīng)研磨Ih后，放入密閉玻璃容器中， 在95°C下熱處理48h，得到高嶺石/尿素插層復(fù)合物和尿素混合物(1)；
b、將Ig混合物(1)加入IOml去離子水中，在室溫下磁力攪拌Imin洗去多余尿素，離 心后再用無水乙醇洗滌，得到高嶺石/尿素插層復(fù)合物O)；
c、將Ig高嶺石/尿素插層復(fù)合物( 加入60ml的去離子水中，在90°C下磁力攪拌 5min,離心后再用無水乙醇洗滌，經(jīng)40°C烘干后得到粉末狀0. 85nm水合高嶺石。按上述步驟制備得到的水合高嶺石X射線衍射圖1 (c)，其層間距從原石的0. 72nm 擴大到0. 85nm，得到的水合高嶺石含量為M%。如圖1 (c)所示。實施例3:
a、稱取重量比為1:1的高嶺石和尿素進行混合并經(jīng)研磨Ih后，放入密閉玻璃容器中， 在95°C下熱處理48h，得到高嶺石/尿素插層復(fù)合物和尿素混合物(1)；
b、將Ig混合物(1)加入20ml去離子水中，在室溫下磁力攪拌Imin洗去多余尿素，離 心后再用無水乙醇洗滌，得到高嶺石/尿素插層復(fù)合物O)；
c、將Ig高嶺石/尿素插層復(fù)合物( 加入80ml的去離子水中，在90°C下磁力攪拌 IOmin,離心后再用無水乙醇洗滌，經(jīng)40°C烘干后得到粉末狀0. 85nm水合高嶺石。按上述步驟制備得到的水合高嶺石X射線衍射圖1 (d)，其層間距從原石的0. 72nm 擴大到0. 85nm，得到的水合高嶺石含量為52%。如圖1 (d)所示。
實施例4
a、稱取重量比為1:1的高嶺石和尿素進行混合并經(jīng)研磨Ih后，放入密閉玻璃容器中， 在95°C下熱處理48h，得到高嶺石/尿素插層復(fù)合物和尿素混合物(1)；
b、將Ig混合物(1)加入IOml去離子水中，在室溫下磁力攪拌Imin洗去多余尿素，離 心后再用無水乙醇洗滌，得到高嶺石/尿素插層復(fù)合物O)；
c、將Ig高嶺石/尿素插層復(fù)合物( 加入40ml的去離子水中，在100°C下磁力攪拌 3min,離心后再用無水乙醇洗滌，經(jīng)40°C烘干后得到粉末狀0. 85nm水合高嶺石。按上述步驟制備得到的水合高嶺石X射線衍射圖1 (e)，其層間距從原石的0. 72nm 擴大到0. 85nm，得到的水合高嶺石含量為57%。如圖1 (e)所示。實施例5
a、稱取重量比為1:1的高嶺石和尿素進行混合并經(jīng)研磨Ih后，放入密閉玻璃容器中， 在95°C下熱處理48h，得到高嶺石/尿素插層復(fù)合物和尿素混合物(1)；
b、將Ig混合物(1)加入20ml去離子水中，在室溫下磁力攪拌Imin洗去多余尿素，離 心后再用無水乙醇洗滌，得到高嶺石/尿素插層復(fù)合物O)；
c、將Ig高嶺石/尿素插層復(fù)合物( 加入60ml的去離子水中，在100°C下磁力攪拌 5min,離心后再用無水乙醇洗滌，經(jīng)40°C烘干后得到粉末狀0. 85nm水合高嶺石。按上述步驟制備得到的水合高嶺石X射線衍射圖1 (f)，其層間距從原石的0. 72nm 擴大到0. 85nm，得到的水合高嶺石含量為59%。如圖1 (f)所示。實施例6
a、稱取重量比為1:1的高嶺石和尿素進行混合并經(jīng)研磨Ih后，放入密閉玻璃容器中， 在95°C下熱處理48h，得到高嶺石/尿素插層復(fù)合物和尿素混合物(1)；
b、將Ig混合物(1)加入IOml去離子水中，在室溫下磁力攪拌Imin洗去多余尿素，離 心后再用無水乙醇洗滌，得到高嶺石/尿素插層復(fù)合物O)；
c、將Ig高嶺石/尿素插層復(fù)合物( 加入80ml的去離子水中，在100°C下磁力攪拌 IOmin,離心后再用無水乙醇洗滌，經(jīng)40°C烘干后得到粉末狀0. 85nm水合高嶺石。按上述步驟制備得到的水合高嶺石X射線衍射圖1 (g)，其層間距從原石的0. 72nm 擴大到0. 85nm，得到的水合高嶺石含量為64%。如圖1 (g)所示。
權(quán)利要求
1.一種直接置換插層制備0. 85nm水合高嶺石的方法，其特征在于該方法的工藝步驟 如下a、稱取重量比為1:1的高嶺石和尿素進行混合并經(jīng)研磨Ih后，放入密閉玻璃容器中， 在95°C下熱處理48h，得到高嶺石/尿素插層復(fù)合物和尿素混合物(1)；b、將每Ig混合物(1)加入l(T20ml去離子水中，在室溫下磁力攪拌Imin洗去多余尿 素，離心后再用無水乙醇洗滌，得到高嶺石/尿素插層復(fù)合物O)；C、將每Ig高嶺石/尿素插層復(fù)合物( 加入4(T80ml的去離子水中，在90 100°C下 磁力攪拌3 lOmin，離心后再用無水乙醇洗滌，經(jīng)40°C烘干后得到粉末狀0. 85nm水合高 嶺石。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直接置換插層制備0.85nm水合高嶺石的方法，其特征在 于用離子水直接置換尿素/高嶺石插層復(fù)合物的層間尿素，能夠制備得到水合高嶺石，其 層間距Cltltll從原高嶺石的0. 72nm擴大到0. 85nm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種直接置換插層制備0.85nm水合高嶺石的方法，該法包括以下步驟先通過研磨后續(xù)熱處理法制備得到尿素/高嶺石插層復(fù)合物和多余尿素的混合物；再將多余的尿素用去離子水洗去，得到尿素/高嶺石插層復(fù)合物；最后將尿素/高嶺石插層復(fù)合物加入到熱水中攪拌幾分鐘，離心干燥后即可得到0.85nm水和高嶺石。本發(fā)明制備的0.85nm水合高嶺石在空氣中能夠長時間穩(wěn)定存在，被用來作為制備其他高嶺石插層復(fù)合物的前軀體。采用的原料對環(huán)境無污染，制備工藝簡單快速，成本低，易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號C01B33/44GK102107877SQ201010599690
公開日2011年6月29日 申請日期2010年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月22日
發(fā)明者宋晨路, 張溪文, 徐剛, 徐劍鋒, 杜丕一, 梁怡瑛, 沈鴿, 程逵, 翁文劍, 趙高凌, 韓高榮, 馬寧 申請人:浙江大學