一种大径厚比的伊利石溶胶及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种大径厚比的伊利石溶胶及其制备方法，属于富钾的层状铝硅酸盐剥离与深度利用领域。该方法以经过提纯、初步粉碎的天然伊利石粉体为原料，经过助剂微波活化处理，最终将伊利石分散为大径厚比的微纳薄片悬浊液。该方法在实现矿物深度破碎的同时，最大限度地保留伊利石{001}晶面的完整度和表面活性。所得伊利石溶胶中，微片层的平均厚度低于80nm，径厚比超过传统机械破碎微粉5倍以上，电负性更强。可用于珠光颜料、功能填料、阻燃、介电、绝热材料等的制造，其负载功能半导体后亦可用于催化、光电等领域。本发明涉及的大径厚比伊利石溶胶制备方法，无需对原土进行酸处理，工艺温和，效率高，产率大，能耗经济。
【专利说明】
一种大径厚比的伊利石溶胶及其制备方法
技术领域
[0001]本发明属于矿物材料开发利用领域，具体涉及一种大径厚比的超细伊利石溶胶及其制备方法，通过原矿适当的预处理，辅以微波活化层间钾离子，实现大径厚比伊利石微纳片层材料的制备与悬浮分散。
【背景技术】
[0002]伊利石是一种不具膨胀性的、二八面体结构型以粘土粒级产出的类云母矿物，属于富钾、高铝的层状硅酸盐粘土矿物，因最早发现于美国伊利岛而得名。由于结构层表面铝硅取代程度高(铝含量38%左右)，且结构层间富含结合牢固的K+(10%左右)，因此伊利石不具离子交换性和膨胀性，但质地细腻、呈丝絹光泽，与常见粘土矿物在物理性质方面存在明显差别。但由于天然伊利石矿经常与石英、长石、蒙脱石、高岭石伴生，对其开发利用的广度和深度都远不及传统无机非金属矿，针对其成分和结构特点的提纯与利用研究还非常有限。
[0003]目前专门针对伊利石的开发利用主要集中在化学成分利用上，如专利【CN1066645A】冯振普等公开了一种用伊利石制取钾氮肥的方法，用硫酸在反应釜水热条件下浸取伊利石中的K和N成分。该方法通过化学方法将伊利石层状结构完全摧毁，释放出其结构层中的Κ、Ν成分制取化肥。伊利石的其它利用大多以粉体直接利用为主，主要是参考蒙脱石、高岭石等粘土矿物已有的应用领域，用于塑料填料、涂料、橡胶、陶瓷、水泥等方面，并没有充分发挥出伊利石特有的结构特点，因此开发利用效果并不显著。
[0004]在伊利石的粉体制备方面，传统的超细粉磨过程虽然可以使伊利石的粒度分布达到要求，但却将原矿中的杂质和研磨介质微粉不可避免地混入到产品中，而且长时间的反复粉磨也使伊利石晶格面网遭受了严重的破坏，径厚比不断减小，电负性不断减弱，矿物片层表面结构完整度与活性双双下降，影响伊利石的使用效果。因此人们也尝试了一些新的粉碎方法，如【CN103043675A】胡天文等公开了一种伊蒙混层粘土微纳米材料的制备方法，将伊蒙混层粘土原矿经粗选、水浸、捣浆、静置、悬浮分离留取上层液，经喷雾干燥获得伊蒙混层粘土微纳米材料干粉，用于制作橡胶、塑料填料。但该专利并没有有效分离提纯伊利石，工艺设计依然沿用的是蒙脱石的处理方法，对纯伊利石的处理效果有限。【CN1566219A】刘新海等，介绍了一种伊利石矿物组合物及其制备方法。将粒度40mm以下的伊利石原矿，经粗碎、细碎获得的2mm筛下产品，再进入气流磨超细粉碎为20微米以下的粉体。将所得粉体与表面改性偶联剂加入高速混合机中搅拌混合，用于制作橡胶填料。这些研究使用特殊的干燥方法获得含伊利石的超细粉体，但并没有考虑针对伊利石的结构特点对其进行活化，因此对伊利石的分散效果有限，而且也无法解决颗粒团聚对粉体的品质与活性的不利影响。
[0005]伊利石的结构层间含有质量分数高达10%的钾离子，但其阳离子交换能力相对于蒙脱石确相差数十倍，因此不具吸水膨胀性，插层和分散都较为困难。本发明针对伊利石的结构特点，借助伊利石对微波强烈的吸收作用，在浮选提纯伊利石的基础上，采用复合助剂处理结合微波辐照的活化工艺，活化伊利石结构层间牢固结合的K+，从而促使伊利石微纳片层彼此松动，以便在较温和条件下实现伊利石的超细粉碎与分散。该方法解决了传统粉碎方法因过度冲击造成矿物结构层严重破损的问题，最大程度地保持了伊利石晶面完整度和表面活性，克服了目前超细粉碎过程中伊利石微粒径厚比不断减小的问题，获得了大径厚比、电负性强、稳定悬浮的伊利石微纳片层溶胶。同时，所得伊利石溶胶中分散的微片层具有很大的径厚比，这也为溶胶的溶剂替换提供了先决条件，因此该方法辅以简单的过滤技术即可制备不同溶剂体系的伊利石溶胶，这些都对伊利石的深层次开发利用有重要意义。本发明提出的大径厚比伊利石溶胶制备方法，无需酸浸处理、过程简单、工艺温和、原料廉价易得、效率高、产率大、能耗经济。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于针对上述技术的不足，结合伊利石矿物自身结构特点，提供一种高效、温和、经济的制备大径厚比伊利石溶胶的制备方法，解决传统机械粉碎方法因过度冲击造成矿物结构层严重破损的问题，在实现矿物深度粉碎的同时，最大限度地保护伊利石{001}晶面结构和表面活性，为矿物与其它材料的深度复合提供先决条件。
[0007]本发明的目的通过以下技术方案实现:
[0008]大径厚比伊利石溶胶的制备方法，包括以下步骤:
[0009]a.以提纯后的伊利石粉体为原料，将其与一定量的尿素或二甲基亚砜混合，使伊利石粉体占总质量的45?10wt%，将混合物研磨均匀置于密闭容器中60?90°C保温20?40小时。
[0010]b.将上述混合物投入到I?15g/L的十二烷基苯磺酸钠水溶液中，其中每克伊利石相应该水溶液的体积控制在10?25ml/gWC，搅拌0.5?2小时，放入微波反应器中85?951:微波辐照活化20?40分钟。
[0011]c.将活化后的液体，高速剪切搅拌lOmin，加入一定量水，使伊利石的体积含量降为0.5?15g/L，高速剪切搅拌30min，自然沉降48小时后取上层液，即为大径厚比的伊利石溶胶。
[0012]上述方案中的伊利石应为经过提纯至含量达到92%以上的提纯伊利石。
[0013]本发明的有益效果:
[0014]本发明使用的伊利石无需事先酸化、或热处理，解决了伊利石预处理带来的环境污染和能耗问题。该方法以微波场的效应激发活化伊利石层间的K+，使伊利石微片层间发生错动并最终实现超细分散，不仅可代替传统的酸化处理，同时也最大程度保留了层面的结构完整度和表面活性。该方法所得伊利石溶胶中，伊利石微片层平均厚度低于80nm，径厚比超过传统机械破碎微粉5倍以上，电负性更强，是理想的微纳级层状材料。制备流程简便、工艺温和、产率大、能耗经济、污染小。
【附图说明】
[0015]图1为实施例1方法制备的伊利石分散前后的紫外-可见吸收光谱；
[0016]图2为实施例1方法制备的伊利石分散后的扫描电镜照片。【具体实施方式】:
[0017]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明:
[0018]实施例1
[0019]a.取提纯后的伊利石粉体Ig(纯度95%)，加入二甲基亚砜8ml，混合均匀后置于带塞称量瓶中，放置于65°C的烘箱中保温36小时；
[0020]b.配制10g/L的十二烷基苯磺酸钠水溶液1ml，将上述混合物转移到该溶液中，搅拌I小时，放入微波反应器中95 °C微波辐照活化30分钟。
[0021]c.将活化后的液体，15000r/min高速剪切搅拌1min，加入一定量水定容至70ml，高速剪切搅拌30min，自然沉降24小时后取上层液，得到大径厚比的伊利石溶胶。该溶胶中伊利石的平均粒径1.68微米，紫外光谱呈完全反射状态(附图1)，颗粒细小，径厚比集中在20?30之间(附图2)，采用微电泳仪测量其表面电位达到-38mV，净电荷比伊利石原土提升了83%。
[0022]实施例2
[0023]a.取提纯后的伊利石粉体Ig(纯度98 % )，加入1.3g尿素，在研钵内混合研磨均匀后置于带塞称量瓶中，放置于90°C的烘箱中保温36小时；
[0024]b.配制15g/L的十二烷基苯磺酸钠水溶液23ml，将上述混合物转移到该溶液中，搅拌2小时，放入微波反应器中90°C微波辐照活化40分钟。
[0025]c.将活化后的液体，15000r/min高速剪切搅拌1min，加入一定量水定容至500ml，高速剪切搅拌30min，超声处理30min，自然沉降24小时后取上层液，得到大径厚比的伊利石溶胶。该溶胶中伊利石的平均粒径1.43微米，紫外光谱呈完全反射状态，采用微电泳仪测得分散后伊利石片层的净电荷比伊利石原土提升了92%。
[0026]实施例3
[0027]a.取提纯后的伊利石粉体Ig(纯度92%)，加入2g尿素，在研钵内混合研磨均匀后置于带塞称量瓶中，放置于80°C的烘箱中保温40小时；
[0028]b.配制lg/L的十二烷基苯磺酸钠水溶液25ml，将上述混合物转移到该溶液中，搅拌2小时，放入微波反应器中95°C微波辐照活化20分钟。
[0029]c.将活化后的液体，15000r/min高速剪切搅拌1min，加入一定量水定容至100ml，高速剪切搅拌30min，超声处理30min，自然沉降24小时后取上层液，得到大径厚比的伊利石溶胶。该溶胶中伊利石的平均粒径1.19微米，紫外光谱呈完全反射状态，采用微电泳仪测得分散后伊利石片层的净电荷比伊利石原土提升了 108%。
[0030]实施例4
[0031]a.取提纯后的伊利石粉体Ig(纯度99% )，加入二甲基亚砜6ml，在研钵内混合研磨均匀后置于带塞称量瓶中，放置于70°C的烘箱中保温20小时；
[0032]b.配制3g/L的十二烷基苯磺酸钠水溶液20ml，将上述混合物转移到该溶液中，搅拌2小时，放入微波反应器中85°C微波辐照活化40分钟。
[0033]c.将活化后的液体，15000r/min高速剪切搅拌1min，加入一定量水定容至2000ml，高速剪切搅拌30min，自然沉降24小时后取上层液，得到大径厚比的伊利石溶胶。该溶胶中伊利石的平均粒径1.28微米，紫外光谱呈完全反射状态，采用微电泳仪测得分散后伊利石片层的净电荷比伊利石原土提升了98%。
【主权项】
1.一种大径厚比伊利石溶胶及其制备方法，其特征在于:将纯度大于等于92wt%的伊利石粉体，与一定量的尿素或二甲基亚砜混合，加热一段时间后，投入一定浓度的十二烷基苯磺酸钠水溶液中，使每克伊利石相应水的体积控制在1?25ml ，搅拌均匀，放入微波反应器中85?95°C微波辐照活化20?40分钟，活化后的液体高速剪切搅拌lOmin，加入一定量水，使伊利石的体积含量降为0.5?15g/L，高速剪切搅拌30min，自然沉降24小时后取上层液，获得大径厚比的伊利石溶胶。
【文档编号】C01B33/26GK105948067SQ201610285693
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月3日
【发明人】李芳菲, 蒋引珊, 甄冉, 龙敏, 何建龙, 王子焱
【申请人】吉林大学