凹凸棒石原位晶型转变制备凹-蒙石的方法
【专利摘要】本发明公开了凹凸棒石原位晶型转变制备凹-蒙石的方法，它是将凹凸棒石按1:200~1:25固液比分散在碱溶液中，然后转入耐压反应釜，在压力2.0~4.0MPa、温度140~220℃反应6~48h，最后分离、干燥、粉碎得到具有棒状凹凸棒石/片状蒙脱石双重结构的凹-蒙石。本发明所得产品具有凹凸棒石和蒙脱石的双重性质，制备方法简单，形貌可控，可用于重金属离子、染料和霉菌毒素等物质的高效吸附剂。
【专利说明】凹凸棒石原位晶型转变制备凹-蒙石的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种凹凸棒石原位晶型转变制备凹-蒙石的方法，属于天然纳米非金属矿深加工和硅酸盐矿物合成【技术领域】。
【背景技术】
[0002]凹凸棒石黏土 (又名坡缕石)是一种以凹凸棒石为主要成分的含水富镁、铝硅酸盐黏土矿物。由于具有特殊的纳米棒状晶体和纳米孔道结构，因而具有优异的胶体、吸附和复合材料补强性能，在现代化工和材料领域中发挥着重要作用。为了提高凹凸棒石的使用性能，中国专利公开了多种物理、化学或物理-化学改性方法。例如，专利CN102476805B公开了利用对辊-冷冻的方法来改善凹凸棒石的分散性，进而提高胶体性能；专利CN102974320A利用表面负载炭的方法提高凹凸棒石的吸附性能；专利CNlOl 195717利用阳离子表面活性剂和硅烷偶联剂协同作用改善凹凸棒石表面亲-疏水性；专利CN102247807A将乙烯多胺或醇胺类化合物键合到凹凸棒石表面提高吸附性能；专利CN101362858利用磁改性凹凸棒石来提高其对聚酰胺树脂的补强性能。然而，目前所采用的方法仍局限在棒晶表面修饰、提高棒晶分散或负载其它活性组分，极少关注通过改变凹凸棒石微观晶体结构来改善性能的新方法。
[0003]近年来，具有复合结构的黏土矿物材料由于集成了两种不同晶型矿物的特性而备受关注。最为常见的有累托石和伊蒙黏土，它们是在漫长的地质过程中蒙脱石分别向白云母和伊利石转化而形成的混层黏土，兼具蒙脱石和白云母或伊利石的双重性质，有效地拓展了二维黏土材料的应用范围。凹凸棒石是一维棒状纳米材料，研究表明一维纳米棒和二维纳米片的协同作用能够显著地提高材料的性能，但兼具有棒状和纳米片状复合结构的凹-蒙石黏土在自然界中较为少见。
[0004]申请者已开展了利用溶剂热技术直接合成凹凸棒石(中国专利CN102351207A)和提高短棒晶凹凸棒石长径比的研究(中国专利CN103086392A)，证实了凹凸棒石棒晶在溶剂热条件下可以沿一维方向进行生长，晶体结构发生变化。但在已公开的溶剂热或水热反应条件下，未见一维纳米凹凸棒石向二维硅酸盐矿物转变的报道。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是:提供一种凹凸棒石原位晶型转变制备凹-蒙石的方法，以凹凸棒石为原料，通过控制水热条件和溶液酸碱度，实现凹凸棒石原位从一维纳米棒向二维纳米片转变，得到具有一维和二维纳米黏土双重性质的凹-蒙石，以拓展黏土矿物材料的应用范围。
[0006]本发明的技 术解决方案是:将凹凸棒石按l:200~l:25固液比分散在碱溶液中，然后转入耐压反应釜，在压力2.0~4.0 MPa、温度140~220°C条件反应6~48h，最后分离、干燥、粉碎得到具有棒状凹凸棒石/片状蒙脱石双重结构的凹-蒙石。
[0007]其中，所述的凹凸棒石含量大于95%。[0008]其中，所述碱为氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸钙、氢氧化铝和氨水中的一种或两种，碱液的质量百分比浓度是1%~25%。
[0009]本发明具有以下优点:
1、通过水热反应使具有纳米棒状的凹凸棒石在碱性条件下发生晶格转变，从2:1型层链状晶体结构可控地转变为2:1型片状晶体结构，形成具有凹凸棒石和蒙脱石双重特性的凹-蒙石矿物材料。
[0010]2、凹凸棒石纳米棒向蒙脱石纳米片转化的程度可以通过控制水热反应参数进行调控，得到不同凹凸棒石和蒙脱石比例的凹-蒙石材料。
[0011]3、该制备方法工艺简单，普适性强，过程易于控制，产品质量稳定，所得产品在重金属离子、染料和霉菌毒素等物质的高效吸附方面有广阔的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为凹凸棒石和凹-蒙石的XRD图谱，A_Mf3代表不同条件下制备的凹-蒙石。
[0013]图2为凹凸棒石和凹-蒙石的SEM图。
[0014]图3为凹凸棒石和凹-蒙石的TEM图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合实施例对本发明的技术解决方案做进一步说明，这些实施例不能理解为是对技术方案的限制。所用的凹`凸棒石含量大于95%。
[0016]实施例1:将0.03 g氢氧化钠溶解在600 mL蒸馏水中，加入3 g凹凸棒石，机械搅拌30 min分散均匀后，置于I L可调耐压反应釜中，在压力4MPa、温度180 1:条件反应48 h，自然降温后，分离，干燥，粉碎过200目筛，得到含凹凸棒石13%的凹-蒙石。
[0017]实施例2:将4 g碳酸钠溶解在600 mL蒸馏水中，加入24g凹凸棒石，机械搅拌30min分散均匀后，置于I L可调耐压反应釜中，在压力3MPa、温度140 1:条件反应48 h，自然降温后，分离，干燥，粉碎过200目筛，得到含凹凸棒石6%的凹-蒙石。
[0018]实施例3:将I g碳酸钾和0.5 g氢氧化钠溶解在600 mL蒸馏水中，加入6g凹凸棒石，机械搅拌30 min分散均匀后，置于I L可调耐压反应釜中，在压力3 MPa、温度180 V条件反应24 h，自然降温后，分离，干燥，粉碎过200目筛，得到含凹凸棒石11%的凹-蒙石。
[0019]实施例4:将0.6 g氢氧化钾溶解在600 mL蒸馏水中，加入12g凹凸棒石，机械搅拌30 min分散均匀后，置于I L可调耐压反应釜中，在压力4MPa、温度200 1:条件反应24h，自然降温后，分离，干燥，粉碎过200目筛，得到含凹凸棒石21%的凹-蒙石。
[0020]实施例5:将0.5 g碳酸钙和2.5g碳酸钠溶解在600 mL蒸懼水中，加入8g凹凸棒石，机械搅拌30 min分散均匀后，置于I L可调耐压反应釜中，在压力2MPa、温度220 °〇条件反应6h，自然降温后，分离，干燥，粉碎过200目筛，得到含凹凸棒石约14%的凹-蒙石。[0021 ] 本发明产品的结构表征:通过X-射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)证实凹-蒙石的结构和形态。从附图1可以看出，原凹凸棒石在2 0 = 8.38°和2 0=13.85°处分别出现了 110和200晶面的特征衍射峰，经过本发明所述方法处理后，凹凸棒石在2^ = 8.38°和2^ =13.85°处的特征衍射峰明显减弱，同时在2 ^ = 6.08°处出现了蒙脱石001晶面特征峰，说明凹凸棒石晶型向蒙脱石晶型转变。从附图2和3中可以看出，凹凸棒石经本发明所述方法处理后，棒状晶体比例减少，片状晶体比例增加，形成了凹-蒙石过渡态 结构。
【权利要求】
1.凹凸棒石原位晶型转变制备凹-蒙石的方法，其特征在于:将凹凸棒石按l:20(Tl:25固液比分散在碱溶液中，然后转入耐压反应釜，在压力2.(T4.0 MPa、温度14(T220°C反应6~48h，最后分离、干燥、粉碎得到具有棒状凹凸棒石/片状蒙脱石双重结构的凹-蒙石。
2.如权利要求1所述的凹凸棒石原位晶型转变制备凹-蒙石的方法，其特征在于:所述的凹凸棒石含量大于95%。
3.如权利要求1所述的凹凸棒石原位晶型转变制备凹-蒙石的方法，其特征在于:所述碱为氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸钙、氢氧化铝和氨水中的一种或两种，碱液的质量百分比浓度是1%~25%。
【文档编号】C01B33/40GK103708483SQ201410017573
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2014年1月15日 优先权日:2014年1月15日
【发明者】王文波, 王爱勤, 康玉茹, 牟斌, 杨效和 申请人:中国科学院兰州化学物理研究所盱眙凹土应用技术研发中心