[發明專利]一種常溫沸騰汽化剝離高純度膨潤土制備二維材料的方法

有效

• 申請號: 202011072522.4
• 申請日: 2020-10-09
• 公開（公告）號: CN112174160B
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發明（設計）人: 趙云良;白皓宇;王偉;宋少先
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: C01B33/40
• 分類號: C01B33/40;B82Y40/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 喬宇

本發明公開了一種常溫沸騰汽化剝離高純度膨潤土制備二維材料的方法，包括以下步驟：1)將膨潤土分散于氯化鋰或氯化鈉鹽溶液中進行離子交換改性，得到鋰基/鈉基膨潤土；2)取上述改性后的鋰基/鈉基膨潤土于提籃中；3)將提籃完全浸沒入常溫條件下可沸騰汽化的液體中，穩定1?30min；4)將步驟2)中膨潤土從常溫條件下可沸騰汽化的液體中取出，使所得膨潤土中殘留液體完全汽化；5)重復步驟3)和步驟4)1?10次，得到二維膨潤土。解決了在溶劑環境中剝離膨潤土后的固液分離難題，操作簡單，剝離全過程無副產品產生，成本低，可直接得到高純剝離膨潤土固體產品并用于各種功能材料的合成過程。

技術領域

本發明屬于膨潤土加工領域，具體涉及一種剝離膨潤土制備二維材料的方法及用途。

背景技術

膨潤土是典型的2:1型層狀硅酸鹽礦物，其基本結構是硅氧四面體和鋁(鎂)氧八面體。由兩層硅氧四面體層中間夾著一層鋁氧八面體層就組成了具有“三明治”結構的單個片層，這樣的單片層通過層層堆疊的方式就組成了膨潤土的層狀結構。膨潤土片層之間通過弱分子間作用力(如范德華力和靜電作用力)相互連接，故其層狀結構可在外部作用如插層、機械攪拌等作用力下發生剝離。得到的二維膨潤土將膨潤土的研究和應用推進到了一個全新的高度，二維膨潤土不僅完整保留了前體礦物的天然耐高溫和化學穩定性，而且比表面積極大提高，表面活性顯著增強，添加入復合材料中往往能夠很好地改善復合材料的性能，并且可用于制備膨潤土無機凝膠、水凝膠吸附劑和二維納米流體通道薄膜等先進材料，具有極高的研究價值和應用潛力。

目前，常用的膨潤土剝離方法有：插層剝離(Zhu?T,et?al.Appl?Clay?Sci,2019；169:48-66.)、超聲剝離、剪切剝離等(Bai?H,et?al.Ceram?Int.2019；45(14):17054–63.)。插層剝離方法是通過在溶液中將插層劑分子通過插層作用引入膨潤土層間，撐大膨潤土層間距進而削弱層間結合作用實現剝離；超聲剝離方法是通過超聲波作用于膨潤土層間吸附的水產生空化作用，空化作用氣泡不斷產生和破裂過程產生的作用力作用于膨潤土片層，使層結構被打開；剪切剝離則是通過機械攪拌帶動溶液產生高剪切作用力作用于膨潤土層狀結構從而實現剝離。上述方式無論通過化學作用力或機械作用力進行剝離，均需要在水或其他液體溶劑環境中進行或需要借由水等液體介質作用于膨潤土才能實現剝離，因而，由此帶來的剝離膨潤土后續固液分處理離是一個不可忽視重要難題。天然親水的膨潤土在水溶液中會發生水化膨脹而穩定分散在水中，剝離之后的膨潤土徑厚比增大，表面電荷各向異性更加顯著，更增大了剝離膨潤土的固液分離難度，并且在固液分離過程中，已剝開的膨潤土片層會重新堆疊在一起，因此，在水等溶液中剝離膨潤土所需的固液分離問題限制了剝離膨潤土產品的后續應用。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種將高純度膨潤土利用常溫條件下可沸騰汽化的液體直接剝離制備二維材料的方法。

本發明采取的技術方案是：

一種常溫沸騰汽化剝離高純度膨潤土制備二維材料的方法，其具體步驟如下：

1)將膨潤土分散于氯化鋰或氯化鈉鹽溶液中進行離子交換改性，得到鋰基/鈉基膨潤土；

2)取上述改性后的鋰基/鈉基膨潤土于提籃中；

3)將提籃完全浸沒入常溫條件下可沸騰汽化的液體中，穩定1-30min；

4)將步驟2)中膨潤土從常溫條件下可沸騰汽化的液體中取出，使所得膨潤土中殘留液體完全汽化；

5)重復步驟3)和步驟4)1-10次，得到二維膨潤土。

上述方案中，步驟1)中所述膨潤土為高純膨潤土，膨潤土中蒙脫石含量大于80％。

上述方案中，步驟1)中所述膨潤土為天然鈉基膨潤土、鈣基膨潤土或其他任何金屬基膨潤土。