凹凸棒石原位晶型轉(zhuǎn)變制備凹-蒙石的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了凹凸棒石原位晶型轉(zhuǎn)變制備凹-蒙石的方法，它是將凹凸棒石按1:200~1:25固液比分散在堿溶液中，然后轉(zhuǎn)入耐壓反應(yīng)釜，在壓力2.0~4.0MPa、溫度140~220℃反應(yīng)6~48h，最后分離、干燥、粉碎得到具有棒狀凹凸棒石/片狀蒙脫石雙重結(jié)構(gòu)的凹-蒙石。本發(fā)明所得產(chǎn)品具有凹凸棒石和蒙脫石的雙重性質(zhì)，制備方法簡單，形貌可控，可用于重金屬離子、染料和霉菌毒素等物質(zhì)的高效吸附劑。
【專利說明】凹凸棒石原位晶型轉(zhuǎn)變制備凹-蒙石的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種凹凸棒石原位晶型轉(zhuǎn)變制備凹-蒙石的方法，屬于天然納米非金屬礦深加工和硅酸鹽礦物合成【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]凹凸棒石黏土 (又名坡縷石)是一種以凹凸棒石為主要成分的含水富鎂、鋁硅酸鹽黏土礦物。由于具有特殊的納米棒狀晶體和納米孔道結(jié)構(gòu)，因而具有優(yōu)異的膠體、吸附和復(fù)合材料補強性能，在現(xiàn)代化工和材料領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用。為了提高凹凸棒石的使用性能，中國專利公開了多種物理、化學(xué)或物理-化學(xué)改性方法。例如，專利CN102476805B公開了利用對輥-冷凍的方法來改善凹凸棒石的分散性，進而提高膠體性能；專利CN102974320A利用表面負載炭的方法提高凹凸棒石的吸附性能；專利CNlOl 195717利用陽離子表面活性劑和硅烷偶聯(lián)劑協(xié)同作用改善凹凸棒石表面親-疏水性；專利CN102247807A將乙烯多胺或醇胺類化合物鍵合到凹凸棒石表面提高吸附性能；專利CN101362858利用磁改性凹凸棒石來提高其對聚酰胺樹脂的補強性能。然而，目前所采用的方法仍局限在棒晶表面修飾、提高棒晶分散或負載其它活性組分，極少關(guān)注通過改變凹凸棒石微觀晶體結(jié)構(gòu)來改善性能的新方法。
[0003]近年來，具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的黏土礦物材料由于集成了兩種不同晶型礦物的特性而備受關(guān)注。最為常見的有累托石和伊蒙黏土，它們是在漫長的地質(zhì)過程中蒙脫石分別向白云母和伊利石轉(zhuǎn)化而形成的混層黏土，兼具蒙脫石和白云母或伊利石的雙重性質(zhì)，有效地拓展了二維黏土材料的應(yīng)用范圍。凹凸棒石是一維棒狀納米材料，研究表明一維納米棒和二維納米片的協(xié)同作用能夠顯著地提高材料的性能，但兼具有棒狀和納米片狀復(fù)合結(jié)構(gòu)的凹-蒙石黏土在自然界中較為少見。
[0004]申請者已開展了利用溶劑熱技術(shù)直接合成凹凸棒石(中國專利CN102351207A)和提高短棒晶凹凸棒石長徑比的研究(中國專利CN103086392A)，證實了凹凸棒石棒晶在溶劑熱條件下可以沿一維方向進行生長，晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。但在已公開的溶劑熱或水熱反應(yīng)條件下，未見一維納米凹凸棒石向二維硅酸鹽礦物轉(zhuǎn)變的報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是:提供一種凹凸棒石原位晶型轉(zhuǎn)變制備凹-蒙石的方法，以凹凸棒石為原料，通過控制水熱條件和溶液酸堿度，實現(xiàn)凹凸棒石原位從一維納米棒向二維納米片轉(zhuǎn)變，得到具有一維和二維納米黏土雙重性質(zhì)的凹-蒙石，以拓展黏土礦物材料的應(yīng)用范圍。
[0006]本發(fā)明的技 術(shù)解決方案是:將凹凸棒石按l:200~l:25固液比分散在堿溶液中，然后轉(zhuǎn)入耐壓反應(yīng)釜，在壓力2.0~4.0 MPa、溫度140~220°C條件反應(yīng)6~48h，最后分離、干燥、粉碎得到具有棒狀凹凸棒石/片狀蒙脫石雙重結(jié)構(gòu)的凹-蒙石。
[0007]其中，所述的凹凸棒石含量大于95%。[0008]其中，所述堿為氫氧化鋰、氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸鈣、氫氧化鋁和氨水中的一種或兩種，堿液的質(zhì)量百分比濃度是1%~25%。
[0009]本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
1、通過水熱反應(yīng)使具有納米棒狀的凹凸棒石在堿性條件下發(fā)生晶格轉(zhuǎn)變，從2:1型層鏈狀晶體結(jié)構(gòu)可控地轉(zhuǎn)變?yōu)?:1型片狀晶體結(jié)構(gòu)，形成具有凹凸棒石和蒙脫石雙重特性的凹-蒙石礦物材料。
[0010]2、凹凸棒石納米棒向蒙脫石納米片轉(zhuǎn)化的程度可以通過控制水熱反應(yīng)參數(shù)進行調(diào)控，得到不同凹凸棒石和蒙脫石比例的凹-蒙石材料。
[0011]3、該制備方法工藝簡單，普適性強，過程易于控制，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，所得產(chǎn)品在重金屬離子、染料和霉菌毒素等物質(zhì)的高效吸附方面有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為凹凸棒石和凹-蒙石的XRD圖譜，A_Mf3代表不同條件下制備的凹-蒙石。
[0013]圖2為凹凸棒石和凹-蒙石的SEM圖。
[0014]圖3為凹凸棒石和凹-蒙石的TEM圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的技術(shù)解決方案做進一步說明，這些實施例不能理解為是對技術(shù)方案的限制。所用的凹`凸棒石含量大于95%。
[0016]實施例1:將0.03 g氫氧化鈉溶解在600 mL蒸餾水中，加入3 g凹凸棒石，機械攪拌30 min分散均勻后，置于I L可調(diào)耐壓反應(yīng)釜中，在壓力4MPa、溫度180 1:條件反應(yīng)48 h，自然降溫后，分離，干燥，粉碎過200目篩，得到含凹凸棒石13%的凹-蒙石。
[0017]實施例2:將4 g碳酸鈉溶解在600 mL蒸餾水中，加入24g凹凸棒石，機械攪拌30min分散均勻后，置于I L可調(diào)耐壓反應(yīng)釜中，在壓力3MPa、溫度140 1:條件反應(yīng)48 h，自然降溫后，分離，干燥，粉碎過200目篩，得到含凹凸棒石6%的凹-蒙石。
[0018]實施例3:將I g碳酸鉀和0.5 g氫氧化鈉溶解在600 mL蒸餾水中，加入6g凹凸棒石，機械攪拌30 min分散均勻后，置于I L可調(diào)耐壓反應(yīng)釜中，在壓力3 MPa、溫度180 V條件反應(yīng)24 h，自然降溫后，分離，干燥，粉碎過200目篩，得到含凹凸棒石11%的凹-蒙石。
[0019]實施例4:將0.6 g氫氧化鉀溶解在600 mL蒸餾水中，加入12g凹凸棒石，機械攪拌30 min分散均勻后，置于I L可調(diào)耐壓反應(yīng)釜中，在壓力4MPa、溫度200 1:條件反應(yīng)24h，自然降溫后，分離，干燥，粉碎過200目篩，得到含凹凸棒石21%的凹-蒙石。
[0020]實施例5:將0.5 g碳酸鈣和2.5g碳酸鈉溶解在600 mL蒸懼水中，加入8g凹凸棒石，機械攪拌30 min分散均勻后，置于I L可調(diào)耐壓反應(yīng)釜中，在壓力2MPa、溫度220 °〇條件反應(yīng)6h，自然降溫后，分離，干燥，粉碎過200目篩，得到含凹凸棒石約14%的凹-蒙石。[0021 ] 本發(fā)明產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)表征:通過X-射線粉末衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)和透射電鏡(TEM)證實凹-蒙石的結(jié)構(gòu)和形態(tài)。從附圖1可以看出，原凹凸棒石在2 0 = 8.38°和2 0=13.85°處分別出現(xiàn)了 110和200晶面的特征衍射峰，經(jīng)過本發(fā)明所述方法處理后，凹凸棒石在2^ = 8.38°和2^ =13.85°處的特征衍射峰明顯減弱，同時在2 ^ = 6.08°處出現(xiàn)了蒙脫石001晶面特征峰，說明凹凸棒石晶型向蒙脫石晶型轉(zhuǎn)變。從附圖2和3中可以看出，凹凸棒石經(jīng)本發(fā)明所述方法處理后，棒狀晶體比例減少，片狀晶體比例增加，形成了凹-蒙石過渡態(tài) 結(jié)構(gòu)。
【權(quán)利要求】
1.凹凸棒石原位晶型轉(zhuǎn)變制備凹-蒙石的方法，其特征在于:將凹凸棒石按l:20(Tl:25固液比分散在堿溶液中，然后轉(zhuǎn)入耐壓反應(yīng)釜，在壓力2.(T4.0 MPa、溫度14(T220°C反應(yīng)6~48h，最后分離、干燥、粉碎得到具有棒狀凹凸棒石/片狀蒙脫石雙重結(jié)構(gòu)的凹-蒙石。
2.如權(quán)利要求1所述的凹凸棒石原位晶型轉(zhuǎn)變制備凹-蒙石的方法，其特征在于:所述的凹凸棒石含量大于95%。
3.如權(quán)利要求1所述的凹凸棒石原位晶型轉(zhuǎn)變制備凹-蒙石的方法，其特征在于:所述堿為氫氧化鋰、氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸鈣、氫氧化鋁和氨水中的一種或兩種，堿液的質(zhì)量百分比濃度是1%~25%。
【文檔編號】C01B33/40GK103708483SQ201410017573
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2014年1月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月15日
【發(fā)明者】王文波, 王愛勤, 康玉茹, 牟斌, 楊效和 申請人:中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所盱眙凹土應(yīng)用技術(shù)研發(fā)中心