[發明專利]一種高嶺石納米管的制備方法

在審

• 申請號: 201811538413.X
• 申請日: 2018-12-16
• 公開（公告）號: CN109502597A
• 公開（公告）日: 2019-03-22
• 發明（設計）人: 蔡曉龍;王林江;李存軍;謝襄漓;朱文鳳
• 申請（專利權）人: 桂林理工大學
• 主分類號: C01B33/44
• 分類號: C01B33/44;C01B33/40;B82Y30/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種高嶺石納米管的制備方法。為了克服在現有高嶺石納米管技術中納米管純度不高的缺點，提出一種利用分級、插層、超聲和洗滌的過程制備高純度的高嶺石納米管的方法。首先通過高嶺石分級獲得尺寸分布在1~2μm的高嶺石，然后再將使用二甲基亞砜和十六烷基三甲基氯化銨插層高嶺石，最后采用450W大功率的超聲和甲醇多次洗滌，制備出管長、管徑和結構均勻的高嶺石納米管。得到的高嶺石納米管的比表面積高達200 m²/g以上，350℃煅燒后高嶺石納米管的比表面積達500 m²/g以上。

技術領域

本發明屬于礦物材料功能化技術領域，特別涉及一種高嶺石納米管的制備方法。

背景技術

自1984年納米材料問世以來，引起了世界各國科學家的濃厚興趣。近三十年以來，學者們制備了如納米線、納米粒、納米膜、納米管、納米管等一系列不同形貌的納米材料。天然的埃洛石早已被發現和研究，在吸附、表面活性劑負載、藥物負載、防腐涂層等領域有著十分廣闊的應用前景。但埃洛石在自然界含量較少、純度不高，且管狀體經常出現塌扁、崩裂、開展等現象，結晶度較差。基于高嶺石制備出的高嶺石納米管，不僅具有和天然埃洛石類似的纖維管狀結構，而且在實驗室條件下制備的高嶺石納米管形貌一致、結晶度高。高嶺石是由硅氧四面體（SiO₄）和鋁氧八面體（Al₂(HO)₄）按1:1 規律堆疊而成的粘土礦物，單元層內的硅氧四面體和鋁氧八面體片之間由共價鍵連接，單元層之間由氫鍵連接。我國的高嶺石資源豐富，已探明的煤系和非煤系高嶺石儲量為185.29億噸，位居世界之首。將高嶺石制備成納米管，不僅有利于解決埃洛石資源的短缺問題，而且還能夠提高高嶺石的附加價值、擴大其應用領域，具有重要意義。

前人關于管狀高嶺石的制備，主要通過對高嶺石進行修飾-插層-液體剝離后得到。例如，中國發明專利《二氧化硅納米管和三氧化二鋁納米晶的制備方法》(申請號：CN01119430.8)將高溫(600～1000 ℃)煅燒處理后的高嶺石與硫酸溶液混合，在80～160℃下反應2～20 h后，得到管狀納米二氧化硅，內徑約為20～40 nm，外徑約為90～100 nm，長徑比約為5～10。然而所得產品為管狀納米二氧化硅，在成分上不同于埃洛石，并且大量硫酸的使用使該方法具有較大的潛在環境危害性。中國發明專利《一種用高嶺石原料制備鋁硅酸鹽納米管的方法》（授權公告號：CN102583413A）利用高嶺石有機插層反應的性質，直接采用陽離子表面活性劑與經甲醇層間嫁接改性后的高嶺石反應，制備出鋁硅酸鹽納米管，管內徑約為20 nm，管外徑約為30 nm，管長約為600～1000 nm，產物煅燒后比表面積約為80 m²/g。然而，第一：未分級的高嶺石的尺寸主要分布在0.2~3微米之間，小顆粒（尺寸低于1微米）不利于有機小分子插入到高嶺石層間；第二：在制備高嶺石和二甲基亞砜的前驅體中，二甲基亞砜溶液中沒有加入9%的去離子水，這將導致二甲基亞砜對高嶺石的插層效率較低，不利于后續甲醇和十六烷基三甲基氯化銨的插入，而且150 ℃的高溫需要使用油浴加熱，能耗較高不利于實際生產；第三：在制備高嶺石和甲醇的前驅體過程中，連續攪拌7天不更換新鮮的甲醇溶液以去除體系中生成的水，水會降低甲醇與高嶺石表面生成甲氧基的效率，不利于甲醇的插入，且耗時較長，影響最終產物的生成效率；第四：在制備高嶺石和十六烷基三甲基氯化銨的插層復合物中，在60 ℃下攪拌24 h，反應時間短且溫度低，十六烷基三甲基氯化銨的插入效果不理想，高嶺石的層間距僅僅擴大至3.9 nm，這就意味著更多的片層高嶺石的層間距得不到擴展而依舊保持原來的堆垛結構。此方法所得產品仍還有大量的片層狀高嶺石存在，高嶺石納米管的純度不高。

發明內容