一种蛇纹石纳米片及其制备方法

一种蛇纹石纳米片及其制备方法
【专利摘要】本发明涉蛇纹石领域，尤其是一种蛇纹石纳米片及其制备方法。所述蛇纹石纳米片的制备方法，包括如下步骤，将蛇纹石矿物去除石棉物质，并湿法研磨到达预设粒度后，进行干燥处理，得到叶蛇纹石粉体；将叶蛇纹石粉体进行热处理；将热处理后的叶蛇纹石粉体浸泡在酸性溶液中，并进行搅拌；利用功率超声作用于含有粉体的弱酸溶液，然后进行过滤清洗，形成蛇纹石纳米粉体；在蛇纹石纳米粉体中加入分散剂制备蛇纹石粉体料浆，向蛇纹石粉体浆料中添加表面活性剂，在加热状态下搅拌一定时间后，进行过滤，通过干燥后打散即为蛇纹石纳米片。本发明所公开的一种蛇纹石纳米片的制备方法制造过程简捷易行，可以实现连续化的大规模工业化生产。
【专利说明】-种蛇纹石纳米片及其制备方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及蛇纹石领域，尤其是一种蛇纹石纳米片及其制备方法。

【背景技术】
[0002] 蛇纹石是一种TO型层状娃酸盐矿物，由"氨氧镇石"八面体片与[Si04]四面体片 的六方网片按1:1结合构成结构单元层，层间W氨键结合，结合较弱，（OOl)晶面为完全解 理面，理想化学式；MgeSi4〇i。(OH) 8。在天然状态下，八面体位置Mg2+会被部分化、Ni、Al取 代，四面体位Si被Al、Fe取代，密度2. 57g/cm3。蛇纹石有H种多型矿物，分别为利蛇纹石、 纤蛇纹石、叶蛇纹石，其中"叶蛇纹石"经过超细粉碎后，粉体呈现板片状形态。
[0003] 有关天然蛇纹石纳米材料的研发主要集中在天然纤蛇纹石的改性及其在环境与 纳米材料制备等方面。然而，由于受到机械研磨粒径极限的制约，叶蛇纹石粉体很难达到纳 米级。


【发明内容】

[0004] 有鉴于此，本发明提供一种蛇纹石纳米片及其制备方法，主要目的在于，制备一种 纳米级别的蛇纹石。
[0005] 为了达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：
[0006] 一方面，本发明的实施例提供一种蛇纹石纳米片及其制备方法，包括如下步骤，
[0007] 步骤1 ;将蛇纹石矿物去除石棉物质，湿法研磨后，进行干燥处理，得到叶蛇纹石 粉体；
[0008] 步骤2 ;将叶蛇纹石粉体进行热处理；
[0009] 步骤3 ;将热处理后的叶蛇纹石粉体浸泡在酸性溶液中，并进行揽拌；
[0010] 步骤4 ;利用功率超声作用于步骤3中含有粉体的酸性溶液，然后进行过滤清洗， 形成蛇纹石纳米粉体；
[0011] 步骤5 ;将蛇纹石纳米粉体中加入水中，制备蛇纹石粉体料浆，向蛇纹石粉体浆料 中添加表面活性剂，在加热状态下揽拌一定时间后，进行过滤、干燥、并打散粉体。
[0012] 前述的蛇纹石纳米片及其制备方法，步骤1中，所述去除石棉物质包括去除蛇纹 石矿物表面的石棉物质和去除蛇纹石矿物内部的石棉物质，
[0013] 其中，所述去除蛇纹石矿物内部的石棉物质，通过将所述蛇纹石矿物初步湿法粉 磨成矿浆，然后将所述矿浆进行过筛，所用筛的孔径不大于200目。
[0014] 前述的蛇纹石纳米片及其制备方法，所述湿法研磨并干燥后的蛇纹石粉体平均粒 径小于2um。
[0015] 前述的蛇纹石纳米片及其制备方法，步骤2中，所述热处理的温度为400?60(TC， 热处理的时间为2?化。
[0016] 前述的蛇纹石纳米片及其制备方法，步骤3中，所述酸性溶液的抑值为2?5,所 述酸性溶液为草酸、醋酸、巧樣酸中的一种或任意组合。
[0017] 前述的蛇纹石纳米片及其制备方法，步骤3中，所述叶蛇纹石粉体在酸性溶液中 的浓度为100?200g/L，揽拌时间为0. 5?化。
[0018] 前述的蛇纹石纳米片及其制备方法，步骤4中，所述超声功率密度为40?IOOw/ cm 2,超声作用时间为0. 5?化；
[0019] 所述过滤清洗后粉体抑为7。
[0020] 前述的蛇纹石纳米片及其制备方法，步骤5中，料浆中粉体浓度为100?150g/L， 表面活性剂用量为粉体质量的5%?10%，反应温度为60?8(TC，揽拌时间为20?60min。
[0021] 前述的蛇纹石纳米片及其制备方法，所述表面活性剂为非离子型表面活性剂，亲 水亲油平衡值在8左右。
[0022] 另一方面，本发明的目的及解决其技术问题还可采用W下技术措施进一步实现。
[0023] 通过本发明的实施例提供的一种蛇纹石纳米片，所述蛇纹石纳米片由权利要求1 至8中任一项所述的方法进行制备的，所述叶蛇纹石纳米片厚度小于lOOnm，所述蛇纹石粉 体的等电点为10?12。
[0024] 另一方面，本发明的目的及解决其技术问题还可采用W下技术措施进一步实现。 [00巧]通过将前述的蛇纹石纳米片在金属抗磨方面的应用，在机械润滑油脂中添加所述 蛇纹石纳米片，然后，将所述机械润滑油脂加入机械中，所述蛇纹石纳米片在所述机械摩擦 副上形成一薄膜，降低摩擦系数，所述蛇纹石纳米片直接吸附到零件的划痕或微坑处，或通 过摩擦化学反应产物对摩擦表面进行一定程度的填补和修复，起到自修复作用。
[0026] 借由上述技术方案，本发明提出的一种蛇纹石纳米片及其制备方法至少具有下列 优点：
[0027] 1)本发明的实施例中所公开的一种蛇纹石纳米片的制备方法制造过程简捷易行， 可W实现连续化的大规模工业化生产。
[0028] 2)本发明的实施例中所公开的一种蛇纹石纳米片的制备方法，通过简单的物理手 段，有效去除了蛇纹石石棉物质。
[0029] 3)本发明的实施例中所公开的一种蛇纹石纳米片的制备方法，适宜温度的热处理 不仅有效弱化层间联接强度，而且大幅度提高了粉体表面活性。
[0030] 4)本发明的实施例中所公开的一种蛇纹石纳米片的制备方法，采用弱酸酸浸，起 到破坏氨键作用，同时不会对蛇纹石结构造成破坏，酸液可循环使用。
[0031] 5)本发明的实施例中所公开的一种蛇纹石纳米片的制备方法，超声剥片工艺简单 成熟，制备的叶蛇纹石纳米厚度在IOOnm W下。
[0032] 6)本发明的实施例中所公开的一种蛇纹石纳米片的制备方法，表面改性利于纳米 片的均匀分散，有效缓解纳米粉体的团聚。
[0033] 上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段， 并可依照说明书的内容予W实施，W下W本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

【专利附图】

【附图说明】
[0034] 图1是本发明的实施例提供的一种蛇纹石纳米片制备方法的流程图。

【具体实施方式】
[0035] 为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，W下结合 附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种蛇纹石纳米片及其制备方法的具体实施方 式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的"一实施例"或"实施例"指 的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适 形式组合。
[0036] 本发明的一实施例公开了一种蛇纹石纳米片的制备方法，其工艺流程图请参照图 1，所述蛇纹石纳米片的制备方法包括如下步骤1 ;将蛇纹石矿物去除石棉物质，湿法研磨 后，进行干燥处理，得到叶蛇纹石粉体；；步骤2 ;将叶蛇纹石粉体进行热处理，通过对叶蛇 纹石粉体进行热处理，不仅有效弱化层间联接强度，而且大幅度提高了粉体表面活性；步骤 3 ;将热处理后的叶蛇纹石粉体浸泡在酸性溶液中，并进行揽拌，从而能够起到破坏蛇纹石 粉体中的氨键作用；步骤4 ;利用功率超声作用于步骤3中含有粉体的酸性溶液，然后进行 过滤清洗，形成蛇纹石纳米粉体；步骤5 ;在蛇纹石纳米粉体中加入水中，制备蛇纹石粉体 料浆，向蛇纹石粉体浆料中添加表面活性剂，在加热状态下揽拌一定时间后，进行过滤，通 过干燥后打散的粉体，即为蛇纹石纳米片，表面改性利于纳米片的均匀分散，有效缓解纳米 粉体的团聚。
[0037] 叶蛇纹石结构中，结构单元层间的氨键是联接最为薄弱的环节，该一结构特点为 制备叶蛇纹石纳米片的制备创造了条件，通过破坏氨键进而剥离结构单元层是制备叶蛇纹 石纳米片的重要思路。本发明采用简单物理方法去除与叶蛇纹石伴生的蛇纹石石棉，通过 加热、酸浸方式破坏层间氨键联接，同时热处理也有助于提高活性。通过步骤4,利用功率超 声作用于层间联接弱化的粉体，可剥离出层片，进而得到纳米厚度的叶蛇纹石片，超声剥片 工艺制备的叶蛇纹石纳米厚度在IOOnm W下。
[0038] 在蛇纹石粉体中，"氨氧镇石"八面体片的轻基大量暴露，机械力造成蛇纹石四面 体片和八面体片的断裂，因而在端面上出现含镇键、Si-0-Si、O-Si-O等不饱和键。轻基W 及不饱和键的存在会使粉体表现出强极性，同时也是蛇纹石超高表面活性的重要来源。
[0039] 叶蛇纹石矿石通常呈黄绿色至绿色，划痕色为绿白色，表面油脂光泽，莫氏硬度为 2. 5?3. 5左右，用小刀可W在其表面刻划，在偏光镜下呈现出板条状集合体。根据W上矿 物学特征遽选出叶蛇纹石。纤蛇纹石，也就是蛇纹石石棉，有时会与叶蛇纹石伴生，石棉为 致癌类物质，在很多工业领域的应用受到严格限制。
[0040] 所述去除石棉物质包括去除蛇纹石矿物表面的石棉物质和去除蛇纹石矿物内部 的石棉物质。存在于表面的絮状石棉可直接脱除，存在于矿石内部的石棉可通过湿法研磨、 过筛去除。所述去除蛇纹石矿物内部的石棉物质，通过将所述蛇纹石矿物初步湿法粉磨成 矿浆，然后将所述矿浆进行过筛，所用筛的孔径不大于200目。湿法研磨并干燥后的蛇纹石 粉体平均粒径小于2um。湿法研磨后，叶蛇纹石呈细小层片状，纤蛇纹石则呈纤维状，纤维直 径随着研磨进行越来越小，但长度变化不大，因此可通过过筛（200目筛孔）的方式将纤蛇 纹石与叶蛇纹石分离。经过W上两步，确保石棉含量在5%。^下。本发明中，所述去除石棉 物质的步骤，通过简单的物理手段，有效去除了蛇纹石石棉物质。所述蛇纹石纳米片的制备 方法制造过程简捷易行，可W实现连续化的大规模工业化生产。
[0041] 较佳的，本发明的另一实施例提出的一种蛇纹石纳米片的制备方法，与上述实施 例相比，在步骤2中，所述热处理的温度为400?60(TC，热处理的时间为2?化。
[0042] 较佳的，本发明的另一实施例提出的一种蛇纹石纳米片的制备方法，与上述实施 例相比，步骤3中，所述酸性溶液的抑值为2?5,所述酸性溶液为草酸、醋酸、巧樣酸中的 一种或任意组合。本实施例中，采用弱酸酸浸，不仅起到破坏氨键作用，同时不会对蛇纹石 结构造成破坏。并且，所述酸性溶液可循环使用。
[0043] 较佳的，本发明的另一实施例提出的一种蛇纹石纳米片的制备方法，与上述实施 例相比，步骤3中，所述叶蛇纹石粉体在酸性溶液中的浓度为100?200g/l，揽拌时间为 0. 5?化。从而，能够使所述叶蛇纹石粉体能够与所述酸性溶液发生充分反应，也就是，所 述叶蛇纹石粉体中的氨键能够充分的被破坏。
[0044] 较佳的，本发明的另一实施例提出的一种蛇纹石纳米片的制备方法，与上述实施 例相比，步骤4中，所述超声功率密度为40?lOOw/cm 2,超声作用时间为0. 5?化。
[0045] 通过所述过滤清洗后粉体抑为7。
[0046] 较佳的，本发明的另一实施例提出的一种蛇纹石纳米片的制备方法，与上述实施 例相比，步骤5中，料浆中粉体浓度为100?150g/l，表面活性剂用量为粉体质量的5%? 10%，反应温度为60?801：，揽拌时间为20?60111山。
[0047] 较佳的，本发明的另一实施例提出的一种蛇纹石纳米片的制备方法，与上述实施 例相比，所述表面活性剂为非离子型表面活性剂，亲水亲油平衡值在8左右。
[0048] 优选地，所述表面活性剂为司盘20。
[0049] 不同反应条件下，反应生成的叶蛇纹石纳米片的厚度也不同，具体反应参见如下

【具体实施方式】：
[0050] 实施例1 :
[0051] 步骤1 ;在59(TC温度下，热处理叶蛇纹石粉体比。
[0052] 步骤2 ;配制醋酸与巧樣酸混合水溶液IOOmU通过调节酸用量使抑值为2?3， 加入IOg热处理后的蛇纹石粉体，在室温下揽拌化。
[0053] 步骤3 ;利用功率密度为90w/cm2超声作用于含有蛇纹石粉体的酸性溶液，时间为 化，而后过滤清洗。
[0054] 步骤4 ;制备lOOg/L粉体料浆，加入司盘20,用量为粉体质量的7%。在75C加热 揽拌30min，过滤干燥打散即可。
[0055] 得到的叶蛇纹石纳米片平均厚度在20?50nm间。
[0056] 实施例2 :
[0057] 步骤1 ;在55(TC条件下，热处理叶蛇纹石粉体比。
[0058] 步骤2 ;配制醋酸与巧樣酸混合水溶液IOOmU通过调节酸用量使抑值为2?3， 加入20g热处理后的蛇纹石粉体，在室温下揽拌比。
[0059] 步骤3 ;利用功率密度为80w/cm2超声作用于含有蛇纹石粉体的酸性溶液，时间为 化，而后过滤清洗。
[0060] 步骤4 ;制备150g/L粉体料浆，加入司盘20,用量为粉体质量的6%。在7(TC加热 揽拌35min，过滤干燥打散即可。
[0061] 得到的叶蛇纹石纳米片平均厚度在20?70nm间。
[006引 实施例3 :
[0063] 步骤1 ;在50(TC条件下，热处理叶蛇纹石粉体化。
[0064] 步骤2 ;配制醋酸与草酸混合水溶液100血，通过调节酸用量使抑值为2?3,加 入15g热处理蛇纹石粉体，在室温下揽拌化。
[0065] 步骤3 ;利用功率密度为70w/cm2超声作用于含有蛇纹石粉体的酸性溶液，时间为 化，而后过滤清洗。
[0066] 步骤4 ;制备lOOg/L粉体料浆，加入司盘20,用量为粉体质量的5%。在75C加热 揽拌40min，过滤干燥打散即可。
[0067] 得到的叶蛇纹石纳米片平均厚度在50?100皿间。
[006引 实施例4 :
[0069] 步骤1 ;在45CTC条件下，热处理叶蛇纹石粉体化。
[0070] 步骤2 ;配制巧樣酸水溶液IOOmU通过调节酸用量使抑值为3?4,加入IOg热 处理蛇纹石粉体，在室温下揽拌化。
[0071] 步骤3 ;利用功率密度为60w/cm2超声作用于含有蛇纹石粉体的酸性溶液，时间为 3h，而后过滤清洗。
[0072] 步骤4 ;制备150g/L粉体料浆，加入司盘20,用量为粉体质量的5%。在7(TC加热 揽拌50min，过滤干燥打散即可。
[0073] 得到的叶蛇纹石纳米片平均厚度在70?IOOnm间。
[0074] 实施例5 :
[00巧]步骤1 ;在40(TC条件下，热处理叶蛇纹石粉体化。
[0076] 步骤2 ;配制醋酸水溶液100血，通过调节酸用量使抑值为4?5,加入IOg热处 理叶蛇纹石粉体，在室温下揽拌化。
[0077] 步骤3 ;利用功率密度为50w/cm2超声作用于含有叶蛇纹石粉体的酸性溶液，时间 为化，而后过滤清洗。
[0078] 步骤4 ;制备150g/L粉体料浆，加入司盘20,用量为粉体质量的5%。在8(TC加热 揽拌40min，过滤干燥打散即可。
[0079] 得到的叶蛇纹石纳米片平均厚度在70?100皿间。
[0080] 较佳的，本发明的另一实施例提出的一种蛇纹石纳米片，与上述实施例相比，所述 蛇纹石纳米片由上述的蛇纹石纳米片的制备方法进行制备的，所述叶蛇纹石纳米片厚度小 于lOOnm，所述蛇纹石粉体的等电点为10?12,说明中性条件，蛇纹石粉体带正电。
[0081] 蛇纹石的成分结构及表面特性赋予其功能属性，如可处理工业废水中的重金属离 子、吸附催化分解有机物，应用于润滑油脂中，可显著减少摩擦，修复磨损，延长摩擦副的使 用寿命。纳米材料由于其特有的小尺寸效应，表现出优异的理化性质，制备叶蛇纹石纳米粉 体是拓展其应用领域、增强功能性能的重要途径。
[0082] 较佳的，本发明的另一实施例提出了一种润滑油脂组合物，包括润滑油，其特征在 于，还包括抗磨剂，所述抗磨剂为上述的蛇纹石纳米片。所述润滑油脂组合物在添加至机械 后，所述蛇纹石纳米片能够介入到机械摩擦副间，从而实现对机械的修复和保护。
[0083] 根据斯巧克斯定律；V = ^巧'2
[0084] V--颗粒的沉降速度；g--重力加速度；r--为颗粒的半径冲--颗粒的比 重；d2-为介质比重；y -介质粘度；k-为形状系数。
[0085] 可推出；粒度；粉体粒度越小，沉降速率越小。蛇纹石出现沉降可归因于粒度较 大。由于本发明所公开的蛇纹石纳米片，是属于纳米级别的，纳米粉体的小尺寸效应，使其 能够在流体中长期息浮稳定分散。
[0086] -般在有滤芯的机械中，所述空也球状蛇纹石超细粉体与润滑油脂的重量比例 为1?5 :10000 ;在无滤芯的机械中，所述空也球状蛇纹石超细粉体与润滑油脂的重量比 例：5 ?10:10000。
[0087] W上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依 据本发明的技术实质对W上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发 明技术方案的范围内。
【权利要求】
1. 一种蛇纹石纳米片的制备方法，其特征在于包括如下步骤， 步骤1:将蛇纹石矿物去除石棉物质，湿法研磨后，进行干燥处理，得到叶蛇纹石粉体； 步骤2 :将叶蛇纹石粉体进行热处理； 步骤3 :将热处理后的叶蛇纹石粉体浸泡在酸性溶液中，并进行搅拌； 步骤4 :对步骤3得到的含有粉体的酸性溶液进行超声，然后进行过滤清洗，形成蛇纹 石纳米粉体； 步骤5 :将蛇纹石纳米粉体中加入水中，制备蛇纹石粉体料浆，向蛇纹石粉体浆料中添 加表面活性剂，在加热状态下搅拌一定时间后，进行过滤、干燥、并打散粉体。
2. 根据权利要求1所述的蛇纹石纳米片的制备方法，其特征在于， 步骤1中，所述去除石棉物质包括去除蛇纹石矿物表面的石棉物质和去除蛇纹石矿物 内部的石棉物质， 其中，所述去除蛇纹石矿物内部的石棉物质，通过将所述蛇纹石矿物初步湿法粉磨成 矿浆，然后将所述矿浆进行过筛，所用筛的孔径不大于200目； 经所述湿法研磨并去除石棉物质后的蛇纹石粉体平均粒径小于2um。
3. 根据权利要求1所述的蛇纹石纳米片的制备方法，其特征在于， 步骤2中，所述热处理的温度为400?600°C，热处理的时间为2?4h。
4. 根据权利要求1所述的蛇纹石纳米片的制备方法，其特征在于， 步骤3中，所述酸性溶液的pH值为2?5,所述酸性溶液为草酸、醋酸、柠檬酸中的一种 或任意组合。
5. 根据权利要求1所述的蛇纹石纳米片的制备方法，其特征在于， 步骤3中，所述叶蛇纹石粉体在酸性溶液中的浓度为100?200g/L，搅拌时间为0. 5? 2h〇
6. 根据权利要求1所述的蛇纹石纳米片的制备方法，其特征在于， 步骤4中，所述超声的功率密度为40?100w/cm2,超声作用时间为0. 5?4h ; 所述过滤清洗后粉体pH为7。
7. 根据权利要求1所述的蛇纹石纳米片的制备方法，其特征在于， 步骤5中，料浆中粉体浓度为100?150g/L，表面活性剂用量为粉体质量的5 %? 10%，反应温度为60?80°C，搅拌时间为20?60min。
8. 根据权利要求1所述的蛇纹石纳米片的制备方法，其特征在于， 所述表面活性剂为非离子型表面活性剂，亲水亲油平衡值在8左右。
9. 一种蛇纹石纳米片，其特征在于， 所述蛇纹石纳米片由权利要求1至8中任一项所述的方法进行制备的，所述叶蛇纹石 纳米片厚度小于l〇〇nm，所述蛇纹石粉体的等电点为10?12。
10. -种润滑油脂组合物，包括润滑油，其特征在于，还包括抗磨剂，所述抗磨剂为权利 要求9中的蛇纹石纳米片。
【文档编号】B82Y30/00GK104326479SQ201410563251
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月21日 优先权日:2014年10月21日
【发明者】李桂金, 赵平, 韩琳, 白志民 申请人:中国建筑材料科学研究总院