[發(fā)明專利]一種交變電場誘導(dǎo)凹凸棒石礦物晶束解聚的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710435269.6
• 申請日: 2017-06-10
• 公開（公告）號: CN107244676B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王文波;王愛勤;康玉茹;汪琴;牟斌
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所
• 主分類號: C01B33/40
• 分類號: C01B33/40;B82Y40/00
• 代理公司: 蘭州智和專利代理事務(wù)所(普通合伙) 62201
• 代理人: 張英荷

本發(fā)明公開了一種交變電場誘導(dǎo)凹凸棒石礦物晶束解聚的方法，具體是將凹凸棒石懸浮液置于交變電場中，使帶電荷的凹凸棒石礦物晶束或聚集體顆粒產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生剪切力克服聚集體中棒晶之間的靜電作用力或范德華力，將凹凸棒石棒晶束和聚集體解聚成高度分散的納米棒。本發(fā)明利用交變電場產(chǎn)生的脈沖作用使凹凸棒石礦物晶束和聚集體解聚，棒晶長徑比損失小，分散效果好，產(chǎn)品達(dá)到真正意義上的納米級分散；整個(gè)工藝過程不使用高溫、高壓等苛刻條件，操作簡單、成本低、重現(xiàn)性好、安全無污染；聚集體的解聚和分散程度可以通過調(diào)整電場強(qiáng)度和頻率進(jìn)行控制，產(chǎn)品性能好，成本低，可用于塑料、橡膠、催化劑、石油化工、環(huán)保、功能材料等多個(gè)領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種交變電場誘導(dǎo)凹凸棒石礦物晶束解聚的方法，屬于天然非金屬礦深加工和納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

凹凸棒石又名坡縷石或坡縷縞石，是一種具有層鏈狀結(jié)構(gòu)、納米棒狀晶體形態(tài)和納米孔道的含水富鎂鋁硅酸鹽黏土礦物。由于具有獨(dú)特的納米棒狀晶體結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)，因此表現(xiàn)出優(yōu)異的膠體、吸附、載體和補(bǔ)強(qiáng)性能，在精細(xì)化工、石油化工、脫色、建材、環(huán)保和功能材料等領(lǐng)域中獲得了廣泛應(yīng)用。然而，天然產(chǎn)出的凹凸棒石棒晶間由于存在較強(qiáng)的范德華力和氫鍵等作用力，因此棒晶主要以穩(wěn)定的棒晶束和聚集體形式存在，限制了凹凸棒石納米材料性能的應(yīng)用。我國凹凸棒石資源儲量占世界總量的一半以上，但由于棒晶束解聚關(guān)鍵瓶頸技術(shù)一直沒有取得突破，所以目前一直以低端應(yīng)用為主，產(chǎn)品附加值低，嚴(yán)重制約了我國凹凸棒石產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

目前，主要采用各種提純和改性的方法來改善凹凸棒石的使用性能。CN102874826A公開了一種凹凸棒石的提純方法，具體是將凹凸棒石黏土分散在水中制漿、加入活化劑活化、加入酸除雜、陳化、重力沉降、多次離心分離，最后得到提純凹凸棒石黏土。CN 103738975A公開了一種凹凸棒石黏土的提純方法，采用制漿-加活化劑-陳化-沉降-分離等步驟來提高凹凸棒石的純度。提純處理在一定程度上可以降低雜礦含量，提高凹凸棒石的純度，改善使用性能，但也存在工藝復(fù)雜、成本高、耗水耗能等不足，而且活化劑還會引起環(huán)境污染。盡管采用各種物理方法（CN104014299A）或化學(xué)改性方法（CN 102527325A；CN102553519A；CN 103611494A；CN102247807A；103723785A）來提高凹凸棒石的性能，但凹凸棒石本身的納米材料性能仍然沒有充分發(fā)揮出來。

通常提高凹凸棒石棒晶分散性能的方法主要有干法和濕法。干法如球磨、超細(xì)粉碎、碾磨等，具有操作簡單、產(chǎn)量高、設(shè)備要求低等優(yōu)勢，因此一直被廣泛使用。但干法解聚效率不高，而且需較強(qiáng)的機(jī)械作用力會損傷棒晶。近年來，濕法解離技術(shù)受到了更多的關(guān)注，表現(xiàn)出了比干法更好的解聚效率。

交變電場是近年來發(fā)展起來的聚集體分散新技術(shù)，已經(jīng)用于剝離石墨制備石墨烯（CN103253654A）。在交變電場作用下，尺寸大小和帶電荷不同的粒子以不同方向交替運(yùn)動(dòng)，在電場方向變化中產(chǎn)生相互剪切和碰撞，從而使聚集體和晶束解聚并分散開。但目前用交變電場解聚凹凸棒石黏土棒晶束和聚集體還沒有相關(guān)研究報(bào)道，也未見應(yīng)用的先例。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于：提供一種交變電場誘導(dǎo)凹凸棒石礦物晶束解聚的方法，旨在提高凹凸棒石礦物晶束的解離效率，減少棒晶在解聚過程中長徑比的損失，制備出分散性好、長徑比高的一維納米凹凸棒石材料。

本發(fā)明利用膠體化學(xué)和電動(dòng)學(xué)的原理，實(shí)現(xiàn)凹凸棒石礦物晶束和聚集體在交變電場中高效解聚。具體是將凹凸棒石懸浮液置于交變電場中，使聚集體顆粒在交變電場作用下運(yùn)動(dòng)。由于不同尺寸大小、帶電荷不同的粒子在交變電場的作用下運(yùn)動(dòng)速率存在差異，所以可以產(chǎn)生較強(qiáng)的碰撞和剪切，聚集體解聚成為小晶束，最終使晶束解聚成高度分散的納米凹凸棒石。