[發明專利]凹凸棒土深度改性制備納米載體材料的方法

有效

• 申請號: 201710462710.X
• 申請日: 2017-06-19
• 公開（公告）號: CN107311188B
• 公開（公告）日: 2019-10-15
• 發明（設計）人: 陳新德;郭海軍;張海榮;王璨;熊蓮;彭芬;陳雪芳;黎海龍
• 申請（專利權）人: 中科院廣州能源所盱眙凹土研發中心
• 主分類號: C01B33/40
• 分類號: C01B33/40
• 代理公司: 淮安市科翔專利商標事務所 32110
• 代理人: 韓曉斌

本發明公開了一種凹凸棒土深度改性制備納米載體材料的方法，包括以下步驟：凹凸棒土通過粉碎、篩分、水漂洗、沉降分離、干燥獲得凹凸棒土初成品；凹凸棒土初成品通過初次酸改性，經過濾分離、洗滌、干燥獲得酸改性凹凸棒土；酸改性凹凸棒土在氮氣保護作用下，于冰水浴中，通過再次堿改性，經過濾分離、洗滌、干燥獲得深度改性凹凸棒土；同時利用初次酸改性和再次堿改性獲得的濾液和添加新鮮無機酸和堿鹽的部分洗液進行循環改性，并對剩余洗液進行中和處理。本發明采用低溫下的化學還原反應使凹凸棒土得到深度改性，促進凹凸棒土的表面特性和織構性能進一步改善，同時實現改性廢水的有效處理，是高效、綠色、徹底的凹凸棒土改性方法。

技術領域

本發明涉及一種凹凸棒土深度改性制備納米載體材料的方法，屬于非金屬礦深加工領域。

背景技術

凹凸棒石黏土（簡稱凹凸棒土，ATP）是一種富鎂鋁硅酸鹽粘土礦物，廉價豐富，具有獨特的層鏈狀結構。凹凸棒土因其特殊的纖維結構，優良的吸附和膠體性能，被廣泛應用于化工、輕工、環保、紡織、建材、制藥等領域。此外，在凹凸棒土晶格內部，組成凹凸棒土的基本結構單元交錯排列，形成了納米尺寸的晶內孔道使其具有較大的比表面積和較多的吸附-催化活性位點。在凹凸棒土晶體結構中，部分八面體位置的陽離子直接暴露在晶內隧道中，通過離子交換，實現晶體結構的定向“裁剪”，將性質不活潑的基團切除，并將功能性陽離子導入礦物晶格。基于這些優點，凹凸棒土作為載體在功能性材料領域，如催化材料、抗菌材料、導電材料等方面得到了廣泛的研究。

凹凸棒土作為載體材料時，一般需要通過酸改性除去凹凸棒土內粒間雜質膠結物和碳酸鹽礦物，以提高比表面積并疏通孔道。然而，一次酸改性在酸濃度較低時導致改性不徹底，改性效果較差，而酸濃度較高時會使得八面體陽離子近乎于完全溶解，四面體結構失去支撐而引起崩塌，同時高濃度酸性廢水排放也會導致較嚴重的環境污染。國內專利CN102219228 B公開了一種包含初步提純、首次酸改性和再次鈉鹽改性等過程的凹凸棒土綜合改性工藝。該專利以增強凹凸棒土的粘合性為主要目的，但與一次性酸改性所得凹凸棒土相比，其比表面積的提高幅度并不大，且未提供改性廢水的處理方法。為此，有必要開發一種深度優化改性工藝，使凹凸棒土的孔道得到充分疏通，有效改善其織構特性，減少酸性廢水排放對環境造成的影響。

發明內容

本發明的目的在于:提供一種高效、綠色、徹底的凹凸棒土深度改性制備納米載體材料的方法，提高凹凸棒土改性的效率，促進凹凸棒土織構特性的改善，避免一次性改性以及酸濃度過大導致廢水污染等問題。

為實現上述目的，本發明的技術解決方案是該凹凸棒土深度改性制備納米載體材料的方法包括以下步驟：

（1）凹凸棒土漂洗：凹凸棒土原礦粉碎、篩分至顆粒大小為60～200目，將得到的凹凸棒土粉末加入至溫度為50～80℃、質量為凹凸棒土粉末質量的4～8倍的水中進行攪拌操作，攪拌1～3小時后，自然冷卻、沉降，棄掉上層清水和底部沙粒，取中層漿液過濾、干燥，得到凹凸棒土初成品；

（2）凹凸棒土初次酸改性：將步驟（1）所得凹凸棒土初成品粉碎、篩分至顆粒大小為60～100目，配制濃度為6.0～15.0wt%的無機酸水溶液，并加熱至50～80℃，根據與無機酸水溶液的質量比為1/3～1/6加入所述的凹凸棒土初成品粉末，攪拌1～2.5小時后，過濾，所得濾液留待下一次酸改性使用，所得固形物水洗至中性并進行干燥得到酸改性凹凸棒土，同時收集酸洗液留待下一次酸改性使用和中和處理；

（3）凹凸棒土再次堿改性：將步驟（2）所得酸改性凹凸棒土粉碎、篩分至顆粒大小為60～100目，加入容器中并使用氮氣將空氣完全置換，配制濃度為0.5～2mol/L的堿鹽水溶液，在0～10℃冰水浴中，將堿鹽水溶液緩慢滴加至容器中并繼續攪拌0.5～3小時，過濾，所得濾液留待下一次堿改性使用，所得固形物水洗至中性并進行干燥得到深度改性凹凸棒土，同時收集堿洗液留待下一次堿改性使用和中和處理；