[發(fā)明專利]高嶺石/1,2-丙二醇插層復(fù)合材料的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810046044.2
• 申請日: 2008-09-12
• 公開（公告）號: CN101397140A
• 公開（公告）日: 2009-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林金輝;龍劍平;周世一;郭善
• 申請（專利權(quán)）人: 成都理工大學(xué)
• 主分類號: C01B33/44
• 分類號: C01B33/44
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一、技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及以二甲亞砜、1，2-丙二醇為插層劑，采用液相兩步插層法，以高嶺石/二甲亞砜插層復(fù)合物為前驅(qū)體，通過1，2-丙二醇對高嶺石/二甲亞砜插層復(fù)合物中二甲亞砜分子的取代，制備高嶺石/1，2-丙二醇插層復(fù)合材料，屬于復(fù)合材料領(lǐng)域。本發(fā)明制備的高嶺石/1，2-丙二醇插層復(fù)合材料在催化劑、功能載體、吸附劑、先進陶瓷材料等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

二、技術(shù)背景

高嶺石礦物屬于1:1型層狀硅酸鹽，其結(jié)構(gòu)單元層是由一片Si-O四面體片和一片Al-(O、OH)八面體片結(jié)合而成，結(jié)構(gòu)單元層在a軸和b軸方向上延續(xù)，在c軸方向上堆疊，層間由氫鍵連結(jié)。八面體空隙中只有2/3位置為Al所占據(jù)，故稱為二八面體型礦物。在礦物的晶層內(nèi)，缺乏同形置換，結(jié)構(gòu)單元層間沒有陽離子，因此高嶺石的離子交換能力十分弱。其結(jié)構(gòu)單元層二面組成不同，一面全是氧，另一面全是氫氧根。氫氧原子面與氧原子面直接重疊，通過氫鍵緊緊連結(jié)，所以晶層內(nèi)解理完整，而缺乏膨脹性。高嶺石的各層八面體空位位置都相同，單位晶胞只有一層，厚約0.72nm，屬三斜晶系。由于高嶺石具有上述晶體構(gòu)造的特點，故陽離子交換容量小，水分不易進入晶層中間，為非膨脹類型的粘土礦物。

高嶺石有機插層復(fù)合材料既具有粘土礦物特有的吸附性、分散性、流變性、多孔性和表面酸性，又具有機化合物的多變功能團和反應(yīng)活性，因而作為新型復(fù)合材料，在功能陶瓷、催化劑、功能載體、吸附劑、離子吸附、離子導(dǎo)體、電極、傳感器、光電功能材料和環(huán)境保護等方面都具有廣闊的應(yīng)用前景。在過去十幾年中，關(guān)于高嶺石插層復(fù)合材料的研究工作已成為一個極為活躍的研究領(lǐng)域，吸引著眾多研究者。這種復(fù)合材料不同于傳統(tǒng)的復(fù)合材料，其微區(qū)通常為納米尺度，在其內(nèi)部各組分的協(xié)同作用下會產(chǎn)生一些母體所不具備的特異性質(zhì)【顧濤，鄒正光.高嶺石有機插層復(fù)合材料的研究及其應(yīng)用[J].硅酸鹽通報，2005，4】。

高嶺石層間不存在可以用來置換的離子，且層間氫鍵的作用較強，因此只有少數(shù)有機分子能夠直接插入到高嶺石層間，能直接插入到高嶺石層間域的有機化合物主要是分子量小、分子極性較強的少數(shù)幾種有機物，如二甲亞砜(DMSO)、肼、甲酰胺、乙酰胺、N-甲基甲酰胺、醋酸銫、醋酸鉀、醋酸銨、PNO等；其它有機分子雖不能直接進入層間，但可以通過取代、夾帶的方式間接進入高嶺石層間，如甲醇、烷基胺、苯甲酰胺、脂肪酸鹽、1，4-丁二醇、對硝基苯胺等。

根據(jù)插層劑和高嶺石插層反應(yīng)的狀態(tài)不同，高嶺石插層反應(yīng)的方法主要包括蒸發(fā)溶劑插層法、液相插層法、機械力化學(xué)插層法、微波反應(yīng)法和超聲波反應(yīng)法。(1)蒸發(fā)溶劑插層法是指小分子在蒸發(fā)溶劑濃縮混合體系的過程中進入高嶺石層間而實現(xiàn)的插層反應(yīng)；(2)液相插層法是插層劑在液態(tài)、溶液或熔融狀態(tài)下進行的插層反應(yīng)，根據(jù)插層劑的特點和插層反應(yīng)的步驟可分為直接插層、兩步插層和三步插層；(3)機械力化學(xué)插層法是指通過機械力化學(xué)作用實現(xiàn)插層；(4)超聲波反應(yīng)法作為一種特殊的能量作用形式，其動力不僅來源于分子間的相互作用，更主要的是來源于超聲空化作用，通過提供局部超高溫、超高壓等特殊反應(yīng)條件和“活性種”，起到清洗結(jié)構(gòu)單元層間雜質(zhì)及提供插層能量的作用【王尋，周平，李博文，等.聚苯乙烯/高嶺土納米復(fù)合物材料的制備與表征[J].硅酸鹽學(xué)報，2003，31(10)】；(5)微波反應(yīng)法是利用微波“內(nèi)加熱”，使被加熱物體在不同深度同時產(chǎn)生熱，具有加熱速度快和加熱均勻的特點，同時在強磁場的作用下，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，因而可使一些在熱力學(xué)上較難進行甚至不能進行的反應(yīng)得以發(fā)生【張先如，樊東輝，徐政.微波誘導(dǎo)快速制備高嶺石/二甲亞砜插層復(fù)合物[J].同濟大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2005，33(12)】。

二甲亞砜是一種強極性的溶劑，偶極矩為3.9D，具有很強的得質(zhì)子的能力，能夠直接插入高嶺石層間，與高嶺石的內(nèi)表面羥基形成相對穩(wěn)定的氫鍵，因而形成穩(wěn)定的高嶺石/二甲亞砜插層復(fù)合物，在干態(tài)時能夠相對較長時間在空氣中穩(wěn)定存在。高嶺石/二甲亞砜插層復(fù)合物層間的二甲亞砜分子能被其它一些不能直接插入層間的有機分子所置換(如丙烯酰胺等)，擴大了高嶺石/有機物復(fù)合物的范圍。1，2-丙二醇是一種極性的質(zhì)子隋性溶劑，偶極矩為2.27D，具有一定的得質(zhì)子的能力，不能夠破壞高嶺石層間的氫鍵直接插入高嶺石層間，但可以通過二次插層取代高嶺石/二甲亞砜插層復(fù)合物中的二甲亞砜分子，與高嶺石內(nèi)表面羥基形成相對穩(wěn)定的氫鍵，從而形成穩(wěn)定的高嶺石/1，2-丙二醇插層復(fù)合材料。