[發(fā)明專利]一種鋁硅酸鹽礦物層結(jié)構(gòu)膨脹的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610036968.9
• 申請日: 2016-01-20
• 公開（公告）號: CN105712364A
• 公開（公告）日: 2016-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 薛兵;李芳菲;夏茂盛;雒鋒;蔣引珊
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: C01B33/44
• 分類號: C01B33/44
• 代理公司: 長春市四環(huán)專利事務(wù)所(普通合伙) 22103
• 代理人: 郭耀輝

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種制備具有片層膨脹結(jié)構(gòu)的層狀粘土的方法，是利用尿素插層層狀粘土鋁 硅酸鹽礦物，并在氯酸鉀存在條件下，通過瞬間高溫煅燒膨化得到膨脹型層狀鋁硅酸鹽的方 法。

技術(shù)背景：

TiO₂因具有無毒、降解效率高、光腐蝕穩(wěn)定性高等特點成為迄今為止最有效的新型光催 化劑和無機(jī)抗菌劑之一，受到人們廣泛關(guān)注。然而，目前所使用的TiO₂光催化劑多為粉末狀， 在液相降解體系中多呈懸浮狀態(tài)分布，難于分離回收，直接排放會對環(huán)境造成二次污染。因 此，將TiO₂光催化劑固定在合適的載體上，成為光催化領(lǐng)域迫切需要解決的問題。

層狀粘土礦物是一類含鋁、鎂等為主的含水硅酸鹽，晶體結(jié)構(gòu)由硅氧四面體層和鋁氧八 面體層構(gòu)成，這些硅酸鹽片層具有一定剛性，能夠為負(fù)載TiO₂提供穩(wěn)定的載體環(huán)境。在這類 層狀粘土礦物中，像高嶺石、地開石、伊利石等這些離子交換量較少，遇水不膨脹的粘土礦 物，能夠降低在液相體系中的懸浮性，從而更適合用作TiO₂載體，方便回收利用。此外，由 于普通TiO₂比表面積小，反應(yīng)活性中心少，光催化反應(yīng)僅僅發(fā)生在催化劑的二維表面及相鄰 極薄的液層中。因此，增大載體的表面積，構(gòu)建載體多孔型結(jié)構(gòu)，將有利于污染在載體上的 吸附，增大TiO₂光催化劑附近污染物的濃度，提高光催化效果。層狀粘土礦物單片層的厚度 不到1nm，層結(jié)構(gòu)的剝離將顯著增大此類礦物的比表面積。因此，制備粘土負(fù)載型TiO₂光催 化劑的關(guān)鍵是破壞粘土礦物結(jié)構(gòu)層的緊密堆積狀態(tài)，并構(gòu)造多孔型的載體結(jié)構(gòu)。目前破壞層 狀礦物結(jié)構(gòu)層緊密堆積狀態(tài)的主要方式是片層的剝離。

CN101844776B許紅亮等公開了一種高嶺石片狀晶體及其制備方法。利用普通高嶺土或 煤系高嶺土為主要原料，先利用二甲基亞砜為插層劑制備高嶺土/二甲基亞砜插層復(fù)合體，再 以尿素為插層劑，通過置換高嶺土層間二甲基亞砜分子制備出高嶺土/尿素插層復(fù)合體，再將 該插層復(fù)合體進(jìn)行機(jī)械磨剝后，進(jìn)行煅燒處理，再經(jīng)過超聲處理，實現(xiàn)對高嶺石的層狀剝離， 比表面積達(dá)到32.7-49.8m²/g。

CN101058425張先如等發(fā)明了一種制備納米級片狀高嶺石的方法。涉及利用微波誘導(dǎo)二 甲基亞砜插入高嶺石層間，制備高嶺土/二甲基亞砜插層復(fù)合體，再用PEG分子置換出二甲基 亞砜分子，最后利用微波協(xié)同PEG分子在高嶺石層間的相互作用，破壞層間氫鍵，從而使高嶺 石剝離成納米級片晶。

CN1374271沈忠悅等報道了高嶺石的化學(xué)剝片方法。采用高嶺石與醋酸鉀混合研磨的方 式制備高嶺石的醋酸鉀夾層復(fù)合物，再加水沖洗，得到高嶺石的水合夾層復(fù)合物，最后加熱 烘干使高嶺石層間水汽化得到片層剝離的高嶺石。

上述針對高嶺石處理方法，均可實現(xiàn)片層結(jié)構(gòu)一定程度的剝離，增大了粉體的比表面積， 但是無法得到粉體內(nèi)部的多孔結(jié)構(gòu)。多孔結(jié)構(gòu)的存在更有利于TiO₂在孔道內(nèi)壁鍵合負(fù)載，同 時為高效、高選擇性降解有害污染物提供一個獨一無二的納米微孔反應(yīng)場所。為獲得更大比 表面積和具有孔道特征的膨脹型層狀鋁硅酸鹽，本發(fā)明提出了一種尿素與氯酸鹽聯(lián)合插層活 化的方法，該方法過程簡單，原料易于獲得、價格低廉，膨脹效率高。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的就是針對于目前上述技術(shù)的不足，提供一種制備具有片層膨脹結(jié)構(gòu)的層狀 礦物載體方法，使制備的層狀礦物載體具有較大比表面積，發(fā)達(dá)的孔道結(jié)構(gòu)，為負(fù)載催化劑， 提高催化活性提供更有利條件。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

片層膨脹型層狀礦物載體的制備方法，包括以下步驟：

a.層狀礦物與一定質(zhì)量的尿素混合研磨至200目，尿素的質(zhì)量是礦物粉體質(zhì)量的30～ 100wt％，將混合物置于密閉于容器中，于80～120℃保溫12-48小時。之后，將混合物與氯酸 鹽混合研磨10～30分鐘，氯酸鹽的用量是混合物中層狀礦物質(zhì)量的5～80wt％；

b.將摻入氯酸鹽的混合物在400～500℃煅燒0.5～5分鐘，得到片層膨脹的層狀礦物；

所述的層狀礦物限定為非膨脹型粘土：伊利石、高嶺石、地開石、珍珠陶土

所述的氯酸鹽限定為：氯酸鉀或氯酸鈉