CN109336125A - 一种纳米层级结构的高岭石微球的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种纳米层级结构的高岭石微球的制备方法，所述方法步骤如下：A1、高岭石球形团聚体制备，配制质量浓度为10%‑25%的高岭石与水的混合浆液，经喷雾干燥处理，制备高岭石的球形团聚体；A2、煅烧活化处理，将步骤A1所得高岭石在500‑800℃的高温下进行煅烧，保温时间1‑4小时，经自然降温制得煅烧高岭石；A3、将步骤A2所得煅烧高岭石经机械搅拌分散在水中，所述煅烧高岭石与水的质量比为1:5～20；之后在150～220℃条件下在压力反应釜中搅拌反应12～48小时，冷却后采用离心机进行固液分离，然后干燥、研磨，最终制得层级结构高岭石微球。本发明的产品具有类石榴形二级结构，石榴形高岭石微球由高岭石纳米球一级粒子组成，形成层级结构，具有高的比表面积和丰富的孔结构。

Description

一种纳米层级结构的高岭石微球的制备方法
技术领域
本发明涉及纳米材料技术领域，尤其涉及一种纳米层级结构的高岭石微球的制备方法。
背景技术
高岭石是一种1：1型的层状硅酸盐矿物，具有天然的纳米片层结构。高岭石基本片层单元是由硅阳四面体和铝氧八面体组成，相邻片层由层间氢键连接，形成蠕虫或书本状堆垛结构高岭石。高岭石在传统的造纸、填料、陶瓷等领域具有广泛应用。由于纳米材料具有表面效应，小尺寸效应，量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等，使其具有许多新特性及应用效果。以高岭石为原料制备功能性纳米材料的研究受到国内外广泛的关注，其在聚合物功能性填料、载体、吸附、催化、生物电极等方面表现出良好的应用性能。
研究者通过机械剥片法、插层-剥片、多次取代插层等方法制备了高岭石纳米片、高岭石纳米管等不同形貌的纳米高岭石。粉碎法主要利用了矿物层状结构的特点，在外力作用下，使高岭石颗粒破碎及层间剥离，但这种方法一般只能使高岭石片层堆垛体部分剥离，得到超细高岭土，无法达到纳米级尺度。插层-剥片法主要利用极性小分子插层剂使高岭石矿物层间距扩大，减弱层间作用，然后通过磨剥、超声等方式使片层发生剥离制备纳米高岭石片，此类方法制备的纳米高岭石具有较为规则的片状结构，片层厚度一般在数百个纳米。中国发明专利《一种高岭石片状晶体及其制备方法》（专利号：CN101844776B）以煤系高岭土为原料综合采用化学药剂插层、机械磨剥、煅烧等处理方法制备了平均直径500-800纳米，厚度80-300纳米的片状纳米高岭石。有的通过小分子插层再经过大分子多次取代插层，将高岭石片层进行单片层剥离，剥离的高岭石片层发生卷曲而形成高岭石纳米管。中国发明专利《一种高岭土纳米管及其制备方法 》(专利号： CN102167346A)、《一种用高岭石为原料制备铝硅酸盐纳米管的方法》（专利号CN102583413A），《高岭土纳米管制备方法》（专利号CN102602951B）等均以高岭石为原料成功制备了管状高岭石纳米材料。这些方法在制备过程中多采用大量的二甲基亚砜、甲酰胺、有机铵盐等作为插层剂，并采用甲醇等溶剂洗涤，且需要长时间的置换插层处理，工艺复杂，使用大量的化学药剂，对环境的污染难以控制。
发明内容
本发明的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种新型纳米层级结构的高岭石微球的制备方法，本发明的方法以高岭石为原料，完全不使用化学药剂具有绿色环保特点。本发明制备的具有纳米层级结构的高岭石微球，并具有类石榴形二级结构，石榴形高岭石微球由高岭石纳米球一级粒子组成，形成孔结构发育的层级结构纳米材料。
本发明的目的可通过下述技术措施来实现：
本发明的纳米层级结构的高岭石微球的制备方法，其特征在于：所述方法步骤如下：
A1、高岭石球形团聚体制备，配制质量浓度为10%-25%的高岭石与水的混合浆液，经喷雾干燥处理，制备高岭石的球形团聚体；
A2、煅烧活化处理，将步骤A1所得高岭石在500-800℃的高温下进行煅烧，保温时间1-4小时，经自然降温制得煅烧高岭石；
A3、将步骤A2所得煅烧高岭石经机械搅拌分散在水中，所述煅烧高岭石与水的质量比为1:5～20；之后在150～220℃条件下在压力反应釜中搅拌反应12～48小时，冷却后采用离心机进行固液分离，然后干燥、研磨，最终制得层级结构高岭石微球。
本发明中所述高岭石微球的直径为10～20微米，比表面积为120～160m2/g，孔结构发育孔径分布在2-10nm，高岭石微球由高岭石纳米球相互累积组成，高岭石纳米球的直径为10～15nm。
本发明的有益效果如下：
本发明采用喷雾-煅烧-水热综合处理技术，首先使高岭石片状微粒在喷雾干燥作用下形成球形团聚体，然后经煅烧处理，使高岭石脱除羟基，晶体结构发生一定程度的破坏，减弱了晶格对高岭石中的硅、铝原子的限制作用，使其化学活性提高，但不破坏喷雾形成的球形团聚体。喷雾-煅烧得到的活性高岭石球形团聚体，是由高岭石片状堆垛体相互搭接所形成，团聚体并不完全密实，片状堆垛体相互搭接所形成空隙，这能够使水对整个高岭石球形团聚体进行浸润。在水热作用下球形团聚体的被活化的煅烧高岭石层片状微粒在原位发生溶解-沉积晶化，形成球形纳米高岭石。本技术与现有方法相比，工艺简单，不添加任何化学药剂，生产过程环保，并且该技术预先进行球形团聚体制备，然后再进行原位纳米化处理，使产品既具有纳米结构，又避免了纳米粒子的团聚，从而制备了高比表面积的纳米层级结构高岭石微球。产品具有层级结构，高岭石纳米球一级粒子直径10-15nm，形成的二级结构高岭石微球的直径为10～20微米，比表面积为120～160m2/g，易于实现工业化生产。
具体实施方式
本发明以下将结合实施例作进一步描述：
实施例1：
A1、高岭石球形团聚体制备，配制20%质量浓度的高岭石与水的混合浆液，经喷雾干燥处理，制备高岭石的球形团聚体；
A2、煅烧活化处理，将步骤A1所得高岭石在600℃的高温下进行煅烧，保温时间1.5小时，经自然降温制得煅烧高岭石；
A3、将步骤A2所得煅烧高岭石经机械搅拌分散在水中，所述煅烧高岭石与水的质量比为1:5；之后在180℃条件下在压力反应釜中搅拌反应48小时，冷却后采用离心机进行固液分离，然后干燥、研磨，最终制得层级结构高岭石微球。
实施例2：
A1、高岭石球形团聚体制备，配制15%质量浓度的高岭石与水的混合浆液，经喷雾干燥处理，制备高岭石的球形团聚体；
A2、煅烧活化处理，将步骤A1所得高岭石在700℃的高温下进行煅烧，保温时间2小时，经自然降温制得煅烧高岭石；
A3、将步骤A2所得煅烧高岭石经机械搅拌分散在水中，所述煅烧高岭石与水的质量比为1:10；之后在200℃条件下在压力反应釜中搅拌反应24小时，冷却后采用离心机进行固液分离，然后干燥、研磨，最终制得层级结构高岭石微球。
实施例3：
A1、高岭石球形团聚体制备，配制15%质量浓度的高岭石与水的混合浆液，经喷雾干燥处理，制备高岭石的球形团聚体；
A2、煅烧活化处理，将A1所得高岭石在500℃的高温下进行煅烧，保温时间2小时，经自然降温制得煅烧高岭石；
A3、将A2所得煅烧高岭石经机械搅拌分散在水中，所述煅烧高岭石与水的质量比为1:10；之后在220℃条件下在压力反应釜中搅拌反应12小时，冷却后采用离心机进行固液分离，然后干燥、研磨，最终制得层级结构高岭石微球。
本发明的特点在于采用喷雾干燥-煅烧-水热综合处理技术，不采用化学药剂，工艺简单，反应速度快。首先经喷雾干燥处理，制备高岭石的球形团聚体；然后将高岭石球形团聚体进行煅烧处理，再经过水热处理，高岭石层片状微粒在原位发生溶解-沉积晶化，形成球形纳米高岭石。

Claims (2)

1.一种纳米层级结构的高岭石微球的制备方法，其特征在于：所述方法步骤如下：
A1、高岭石球形团聚体制备，配制质量浓度为10%-25%的高岭石与水的混合浆液，经喷雾干燥处理，制备高岭石的球形团聚体；
A2、煅烧活化处理，将步骤A1所得高岭石在500-800℃的高温下进行煅烧，保温时间1-4小时，经自然降温制得煅烧高岭石；
A3、将步骤A2所得煅烧高岭石经机械搅拌分散在水中，所述煅烧高岭石与水的质量比为1:5～20；之后在150～220℃条件下在压力反应釜中搅拌反应12～48小时，冷却后采用离心机进行固液分离，然后干燥、研磨，最终制得层级结构高岭石微球。
2.根据权利要求1所述的纳米层级结构的高岭石微球的制备方法，其特征在于：所述高岭石微球的直径为10～20微米，比表面积为120～160m2/g，孔结构发育孔径分布在2-10nm，高岭石微球由高岭石纳米球相互累积组成，高岭石纳米球的直径为10～15nm。
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