专利名称：二氧化硅纳米管和三氧化二铝纳米晶的制备方法
技术领域：
本发明涉及纳米晶和纳米管的制备方法，特别是涉及一种以高岭土为原料制备二氧化硅纳米管和三氧化二铝纳米晶的方法。
我国是高岭土储藏量最大的国家，尤其在吉林(浑江，梨树)、四川等地储量尤为丰富。目前国内高岭土主要用于作为一般填料，因产品档次低，质量差，附加值低，资源浪费等原因，严重限制了产品的应用领域，以至于经济效益不十分理想。利用新技术将低附加值的普通高岭土制备成高附加值的产品不但能使这种传统产业寻找到发展道路，而且也是综合利用天然资源的重要课题。
本发明的目的就是提供一种工艺简单、操作方便、成本低、附加值高的以高岭土为原料制备二氧化硅纳米管和三氧化二铝纳米晶的方法。
本发明首先将高岭土焙烧进行结构转化，焙烧温度为600～1000℃，时间为10～24小时，研磨粉碎为1～15μm后，将高岭土粉与浓度为20％～80％酸性溶液按1∶2～8(重量)混合，在温度为80～160℃下反应2～20小时，过滤，滤饼经水洗至中性，干燥，得管状纳米二氧化硅，内径为20～40nm，外径为90-100nm，长径比为5～10。滤液加碱(如NaOH、NH3·H2O)中和得氢氧化铝沉淀，过滤，滤饼经水洗至中性，经200-600℃焙烧6-12小时得直径为20～80nm的三氧化二铝纳米晶体材料，滤液经浓缩得钠盐，为硫酸钠或氯化钠或硝酸钠。
上述过程所使用的酸性物质为H2SO4、HCl、HNO3，其中以H2SO4为最佳。
二氧化硅纳米管有不同于普通二氧化硅的特殊性质，有着无法比拟的优点。二氧化硅纳米管的热、磁、光、敏感特性和稳定性都不同于普通的二氧化硅，还具有如高活性、高强性、高硬度和良好的塑性等优点，不但反射紫外线能力强，稳定性好，而且低的杨氏模量、热导率以及优良的吸附性能等也使二氧化硅纳米管在橡胶、塑料、涂料、油墨、造纸、建材、日化等领域具有很好的应用前景。
为综合利用高岭土中所蕴含的各种元素，在利用硅元素制备出性能优良的二氧化硅纳米管的同时，利用铝元素制备出了纳米三氧化二铝，而且利用残液合成出硫酸钠，从而充分提高了高岭土的综合利用率。纳米三氧化二铝作为一种重要的化工原料，可广泛应用于生产精密陶瓷材料、荧光材料、湿电材料，在化学工业上，可用作过滤器、分离器、高纯气体的纯化等。硫酸钠作为副产品，进一步降低产品的成本，可为企业增加可观的经济效益，增强企业的竞争力。
由于二氧化硅纳米管形状结构的特殊性，作为橡胶、塑料的补强填料比补强炭黑、白炭黑具有无可比拟的优势1．较大径长比将使补强性能大幅度提高；2．与橡胶、塑料等复合过程中，高分子会进入纳米材料的管内，产生特殊的结合力，使补强性能大幅度提高；3．由于二氧化硅本身的耐磨性和管状结构的补强性，可以将二氧化硅纳米管应用在高档橡胶制品(如轮胎等)中，提高目前轮胎的强度指标和耐磨指标，研究成功后将可能对国产轮胎带来革命性的变化，参与国际市场竞争。
4．二氧化硅的高温热稳定性和耐腐蚀性使其作为高档制品的补强剂具有特殊优势，是其他纳米材料填料无法比拟的；5．二氧化硅产品在市场竞争过程中，最不利的因素是生产成本比其他无机填料高。而利用高岭土制备二氧化硅纳米管，再对高岭土进行综合利用，使二氧化硅纳米管的制备成本大幅度降低，生产成本低于任何高、低档补强产品。
总之，二氧化硅纳米管在价格上可以与任何抵挡补强剂竞争，在性能上可以与任何高档补强剂竞争。
综上所述，以高岭土为原料生产制备二氧化硅纳米管和三氧化二铝纳米晶，不但生产工艺简单，价格便宜，性能优异，而且具有一系列重要的开发应用价值，产业化前景良好等优点。
下面结合实施例对本发明作进一步描述实施例1焙烧温度为700℃，时间为13小时，研磨粉碎为6μm。将焙烧粉碎后的高岭土1份(重量)与2份50％H2SO4混合，在130℃下反应4小时，冷却，过滤，滤饼经水洗至中性，干燥，得管状纳米二氧化硅，平均内径为30nm，外径为95nm，长径比为7。滤液加NaOH溶液中和得氢氧化铝沉淀，过滤，滤饼经水洗至中性，经300℃焙烧8小时得平均直径为50nm的三氧化二铝纳米晶体材料，滤液经浓缩得硫酸钠。
实施例2焙烧温度为850℃，时间为18小时，研磨粉碎为11μm。将焙烧粉碎后的高岭土1份(重量)与3份40％HCl混合，在130℃下反应4小时，冷却，过滤，滤饼经水洗至中性，干燥，得管状纳米二氧化硅，平均内径为35nm，外径为102nm，长径比为6.5。滤液加NaOH溶液中和得氢氧化铝沉淀，过滤，滤饼经水洗至中性，经350℃焙烧9小时得平均直径为40nm的三氧化二铝纳米晶体材料，滤液经浓缩得氯化钠。
实施例3焙烧温度为800℃，时间为14小时，研磨粉碎为13μm。将焙烧粉碎后的高岭土1份(重量)与5份40％HNO3混合，在100℃下反应6小时，冷却，过滤，滤饼经水洗至中性，干燥，得管状纳米二氧化硅，平均内径为32nm，外径为130nm，长径比为6。滤液加NaOH溶液中和得氢氧化铝沉淀，过滤，滤饼经水洗至中性，经450℃焙烧9小时得平均直径为42nm的三氧化二铝纳米晶体材料，滤液经浓缩得硝酸钠。
权利要求
1.一种以高岭土为原料制备二氧化硅纳米管和三氧化二铝纳米晶的方法，其特征在于A首先将高岭土进行焙烧，焙烧温度为600-1000℃，时间为10-24小时；B焙烧后高岭土研磨粉碎为1-15μm，将高岭土粉与浓度为20％-80％酸性溶液按1∶2-8(重量)混合，在温度为80-160℃下反应2-20小时，过滤，滤饼经水洗至中性，干燥，得管状纳米二氧化硅；C滤液加碱中和得氢氧化铝沉淀，过滤，滤饼经水洗至中性，经200-600℃焙烧6-12小时，得直径为20-80nm的三氧化二铝纳米晶体材料；D滤液经浓缩得钠盐。
2.如权利1所述一种以高岭土为原料制备二氧化硅纳米管和三氧化二铝纳米晶的方法，其特征在于所述的酸性物质为H2SO4、HCl或HNO3中的一种。
3.如权利1所述一种以高岭土为原料制备二氧化硅纳米管和三氧化二铝纳米晶的方法，其特征在于所述的酸性物质为H2SO4。
4.如权利1所述一种以高岭土为原料制备二氧化硅纳米管和三氧化二铝纳米晶的方法，其特征在于所述的碱为NaOH或NH3·H2O。
5.如权利1或2或3或4所述一种以高岭土为原料制备二氧化硅纳米管和三氧化二铝纳米晶的方法，其特征在于所制得的二氧化硅纳米管内径为20-40nm，外径为90-100nm，长径比为5-10。
6.如权利1或2或3或4所述一种以高岭土为原料制备二氧化硅纳米管和三氧化二铝纳米晶的方法，其特征在于所制得的三氧化二铝纳米晶体的直径为20-80nm。
全文摘要
本发明涉及一种以高岭土为原料制备二氧化硅纳米管和三氧化二铝纳米晶的方法,综合利用各种有用元素,制备二氧化硅纳米管、三氧化二铝纳米晶和硫酸钠(或氯化钠)。产品可广泛应用在橡胶、塑料、涂料、油墨、造纸、建材、日化等领域,特别作为橡胶、塑料制品的补强剂,二氧化硅纳米管在价格上可以与任何低档补强剂竞争,在性能上可以与任何高档补强剂竞争,其生产工艺简单,原料价廉丰富,性能优异。
文档编号C01B33/12GK1318513SQ01119430
公开日2001年10月24日 申请日期2001年5月25日 优先权日2001年5月25日
发明者王子忱, 宋利珠, 赵敬哲, 董文钧, 杨少凤 申请人:吉林大学