專利名稱：煤系硬質(zhì)高嶺石納米剝片方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煤系硬質(zhì)高嶺石納米剝片方法，屬于非金屬礦的深加工。

背景技術(shù)：
煤系高嶺巖是我國(guó)特有的、極具開(kāi)發(fā)價(jià)值的礦產(chǎn)資源，是傳統(tǒng)高嶺土的重要替代資源。據(jù)(全國(guó)煤系高嶺巖(土)資源及其深加工技術(shù)應(yīng)用調(diào)查研究)報(bào)道截止1998年底，全國(guó)煤系高嶺巖資源總量為497.09億t，其中探明儲(chǔ)量28.39億t，預(yù)測(cè)可靠?jī)?chǔ)量151.20億t，預(yù)測(cè)可能和推斷資源量為317.5億t。部分區(qū)域高嶺巖中高嶺石含量高達(dá)99％以上，化學(xué)成分接近高嶺石的理論成分。目前的商品高嶺石中，最細(xì)的也僅是小于2微米粒級(jí)含量大于90％以上的產(chǎn)品。納米高嶺石可以取代價(jià)格昂貴的白炭黑應(yīng)用于橡膠和塑料行業(yè)，并可以應(yīng)用于軍事、通信和航空等高技術(shù)領(lǐng)域，發(fā)展前景廣闊。
高嶺石是一種1∶1型的層狀硅酸鹽礦物，晶層單元是由一層硅氧四面體和一層鋁氧八面體通過(guò)共用氧互相連接而形成，其晶層間不含可以交換性的陽(yáng)離子，晶層由氫鍵相連，客體分子難以進(jìn)入，只有部分極性或強(qiáng)極性化合物可以直接或間接插入高嶺石層間。本發(fā)明是首先利用極性或強(qiáng)極性化合物與高嶺石反應(yīng)，制備高嶺石插層復(fù)合體，由于插層分子進(jìn)入到以氫鍵結(jié)合為主的高嶺石層間，使得晶層間的結(jié)合力變?nèi)?，利用功率超聲的聲空化作用產(chǎn)生的巨大的瞬間壓差，可使疊層的晶片一層層剝落，并由于顆粒間的高速碰撞使其片狀高嶺石進(jìn)一步粉碎變細(xì)，產(chǎn)生晶片平均厚度小于100nm的納米級(jí)高嶺石。
許多國(guó)內(nèi)外研究人員研究了高嶺石插層作用，如Frost等(Ray L.Frost，et al.Effect of water on the formamide intercalation of kaolinite，Spectrochimica Acta Part A 2000，561711～1729)、陳祖熊等(肼對(duì)高嶺石插層作用的研究，建筑材料學(xué)報(bào)，2000，3(2)151～155)、李偉東等(高嶺石-二甲基亞砜夾層復(fù)合物的形成機(jī)理，華僑大學(xué)學(xué)報(bào)，1994，15(1)48～52)及發(fā)明專利CN1559974A中分別研究了不同極性化合物與高嶺石的插層作用規(guī)律、影響插層的因素和高嶺石插層復(fù)合體的的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等，但較少涉及到高嶺石插層作用在剝片中的應(yīng)用研究。
只有少數(shù)學(xué)者利用插層技術(shù)對(duì)高嶺石進(jìn)行了剝片研究。如發(fā)明專利CN143977A和CN1398925A等，但前者的剝片是微米級(jí)的，沒(méi)有達(dá)到納米級(jí)剝片的水平。后者的發(fā)明剝片工藝復(fù)雜，要研磨插層3～4次，剝片是微米級(jí)的，納米顆粒僅20％?？傊?，兩者總體上都稱不上高嶺石納米級(jí)剝片。
目前僅見(jiàn)發(fā)明專利CN1510088A涉及到納米高嶺石的制備，此發(fā)明是以天然微細(xì)質(zhì)點(diǎn)狀軟質(zhì)高嶺土為原料，通過(guò)高梯度磁選、氧化—還原—螯合等方法除鐵、加入表面活性劑、烘干—打散等工藝制備納米級(jí)高嶺土。而以煤系硬質(zhì)高嶺巖為原料制備納米級(jí)高嶺石尚是空白，因此開(kāi)發(fā)煤系硬質(zhì)高嶺石納米剝片方法勢(shì)在必行。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種煤系硬質(zhì)高嶺石的納米剝片方法，是以煤系硬質(zhì)高嶺石為原料，通過(guò)除碳、插層復(fù)合體制備、功率超聲剝片和表面修飾的方法制備納米級(jí)高嶺石。
本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的 首先選擇硬質(zhì)高嶺石微粉(粒度10～20μm)為原料，制備成漿料后并加入一定量的分散劑，再利用氧化法除碳，在此基礎(chǔ)上制備“高嶺石—醋酸鉀”插層復(fù)合體、然后通過(guò)功率超聲作用使高嶺石剝片，加入表面活性劑進(jìn)行表面改性，烘干、打散后制得納米高嶺石。
詳細(xì)步驟如下 ①高嶺石提純 將硬質(zhì)高嶺石微粉(粒度10～20μm)，加入水和分散劑制成泥漿，在泥漿中加入一定量氧化劑進(jìn)行除碳，洗滌脫水后，制得提純后的高嶺石。
②高嶺石插層復(fù)合體制備 將提純高嶺石加入飽和醋酸鉀溶液中浸泡一定時(shí)間，并進(jìn)行功率超聲，制備高嶺石插層復(fù)合體。固液分離，固體部分為高嶺石插層復(fù)合體，醋酸鉀溶液可以重復(fù)使用。
③高嶺石功率超聲剝片 將上述高嶺石插層復(fù)合體加水制成漿料，進(jìn)行功率超聲剝片。最后經(jīng)脫水-洗滌-再脫水后得濾餅。
④高嶺石表面修飾 將洗滌后的濾餅加水制成漿料，在攪拌過(guò)程中加入表面活性劑。
⑤納米高嶺石成品 對(duì)表面改性后的高嶺石烘干，再用高速組織搗碎機(jī)打散獲得納米高嶺石粉體。納米高嶺石的主要特征為高嶺石為片狀，片層的平均厚度20納米～60納米，片狀顆粒的平均粒徑300納米～500納米。
具體制備方法，其中 本發(fā)明步驟①，所述的漿料濃度是10～25％。所述的分散劑是六偏磷酸鈉、硅酸鈉、三聚磷酸鈉、聚丙烯鈉和聚丙烯酰鈉等中的一種，分散劑的添加量是粘土重量的0.05～0.8％。所述的氧化劑是過(guò)氧化氫(H2O2濃度30％)。所述的脫水和洗滌可以在板框壓濾機(jī)或真空過(guò)濾機(jī)上進(jìn)行，也可以在高速冷凍離心機(jī)上進(jìn)行，以最終濾液的酸堿度達(dá)到pH 6.5～7.5為止。
本發(fā)明步驟②，所述的高嶺石是由步驟①所獲得的，將高嶺石(克)加入到醋酸鉀飽和溶液(毫升)中的比例是1∶3～1∶10。所述的反應(yīng)時(shí)間是2～5小時(shí)。所述的功率超聲時(shí)間是10～30分鐘，超聲頻率16～30kHz，超聲功率100～300W，超聲強(qiáng)度是20～50W/cm2。所述的固液分離可以在板框壓濾機(jī)或真空過(guò)濾機(jī)上進(jìn)行，也可以在高速冷凍離心機(jī)上進(jìn)行，分離出的液體醋酸鉀可以重復(fù)使用。
本發(fā)明步驟③中，所述高嶺石插層復(fù)合體漿料的配置濃度為10～20％。所述的功率超聲時(shí)間是0.5～1小時(shí)，超聲頻率16～30kHz，超聲功率150～250W，超聲強(qiáng)度是30～50W/cm2。所述的脫水可以在板框壓濾機(jī)或真空過(guò)濾機(jī)上進(jìn)行，也可以在高速冷凍離心機(jī)上進(jìn)行。所述的洗滌是指在一次脫水后重新加水配置成濃度為10～20％的漿料，攪拌速度300～500轉(zhuǎn)/分，漂洗0.5～1小時(shí)后利用板框壓濾機(jī)、真空過(guò)濾機(jī)或高速冷凍離心機(jī)再次進(jìn)行固液分離。
本發(fā)明步驟④中，所述的濾餅是上述步驟③的產(chǎn)物，加水配置漿料的濃度為30～60％。所述的攪拌特征為攪拌速度300～500轉(zhuǎn)/分，在進(jìn)行攪拌時(shí)前20分鐘緩慢加入表面改性劑并繼續(xù)攪拌0.5～1.5小時(shí)。所述的表面活性劑為高級(jí)脂肪酸及其鹽、硅烷偶聯(lián)劑、酞酸脂偶聯(lián)劑中的至少一種。高級(jí)脂肪酸及其鹽是指硬脂酸、硬脂酸鈣、硬脂酸鋅等中的一種，用量為粘土重量的0.2～3％。硅烷偶聯(lián)劑為γ(甲基丙烯酰氧基)-氯丙基三甲基氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲基氧基硅烷、β(3，4環(huán)氧烷己基)-乙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙基氧基烷等中的一種，用量為粘土重量的0.2～3％。酞酸脂偶聯(lián)劑為異丙基三(異硬脂?；?鈦酸酯、異丙基三(十二烷基磺苯酸基)鈦酸酯、異丙基三(焦磷酸二辛脂)鈦酸酯中的一種，用量為粘土重量的0.2～3％。
本發(fā)明步驟⑤所述的烘干溫度為110～200℃，烘干時(shí)間2～8小時(shí)。也可以噴霧干燥、閃蒸干燥。干燥后的粉料在1500～8000轉(zhuǎn)/分的高速組織搗碎機(jī)、攪拌機(jī)或打散機(jī)中打散，時(shí)間為1～3分鐘。
在本發(fā)明步驟②中，高嶺石的插層復(fù)合體制備目的是使極性分子進(jìn)入到高嶺石的晶層間，使高嶺石的基面間距擴(kuò)大，同時(shí)使晶層間的健合力變?nèi)?，在外力作用下容易形成順層剝離，起到剝片作用。故所選擇的插層分子既能夠進(jìn)入高嶺石層間、與高嶺石的內(nèi)表面羥基又不形成牢固的鍵合為理想插層分子。所述的功率超聲的作用主要是對(duì)高嶺石起分散作用、并加速高嶺石顆粒及插層分子的運(yùn)動(dòng)速度，加速插層作用過(guò)程。
在本發(fā)明步驟③中，所述的功率超聲是利用超聲振動(dòng)形式的能量使物質(zhì)的一些物理、化學(xué)和生物特性或狀態(tài)發(fā)生改變，或使這種改變的過(guò)程加快的一門技術(shù)。常用的頻率范圍是從20kHz左右到100kHz，功率范圍是從幾瓦到幾千瓦。功率超聲的應(yīng)用基礎(chǔ)是聲空化作用，瞬態(tài)空化作用是高嶺石功率超聲剝片的根本原因。當(dāng)聲強(qiáng)足夠高、同時(shí)聲壓為負(fù)半周時(shí)，液體受到極大地張力作用，氣泡核迅速脹大，可以達(dá)到原來(lái)尺寸的數(shù)倍至幾十倍；繼而在聲壓為正半周時(shí)，氣泡受壓縮而突然崩潰，裂解成許多新的空化核，在崩潰—閉合的同時(shí)伴隨著巨大的沖擊波，高嶺石晶體的破裂是通過(guò)巨大的壓力和沖擊波來(lái)實(shí)現(xiàn)的。礦漿中迅速交替變化的巨大的聲壓和沖擊波可以使高嶺石顆粒達(dá)到很高的速度和獲得巨大的加速度，在此情況下，顆粒間的相互碰撞產(chǎn)生的巨大沖擊波，加上空化核在崩潰—閉合時(shí)產(chǎn)生的巨大沖擊波可以使得“高嶺石插層復(fù)合體”產(chǎn)生類似于爆玉米花般的順層裂解、同時(shí)片狀顆粒間的高速碰撞又使得片狀粒徑變小，從而保證了在進(jìn)行超細(xì)粉碎的同時(shí)保持很好的片狀晶體形態(tài)。
在本發(fā)明步驟④中，所述的表面活性劑加入的目的是對(duì)納米高嶺石顆粒表面進(jìn)行電性處理，防止顆粒團(tuán)聚。
1～100nm范圍內(nèi)的固體粒子為納米粒子，任何納米尺度范圍內(nèi)的固體材料稱為納米材料，可以具體劃分為三維納米粒子(材料)、二微納米膜(片)、一納米線(管)(Klabunde，K.J.Nanoscale materials in chemistry，2001，JohnWiley&Sons，Inc.)。本發(fā)明所述的納米高嶺石粉體的片層厚度小于100納米，為二維片層狀納米材料。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在進(jìn)行納米高嶺石制備時(shí)，不使用研磨介質(zhì)，有機(jī)插層化合物可以重復(fù)利用，能耗低，污染少。所制得納米高嶺石的晶片平均厚度20～60納米，晶片平均粒徑300～500納米。

具體實(shí)施例方式 實(shí)施例一 取硬質(zhì)高嶺石微粉(10μm)300克，加水2000毫升制成漿料，在攪拌速度為600轉(zhuǎn)/分的條件下，加入0.5g六偏磷酸鈉，持續(xù)攪拌5分鐘。然后，加入100毫升濃度為30％的H2O2，再以300轉(zhuǎn)/分的攪拌速度攪拌30分鐘，反應(yīng)完畢后，在真空過(guò)濾機(jī)上過(guò)濾、洗滌、脫水，待洗滌液達(dá)到pH＝7時(shí)為止；將250克提純高嶺石加入1000毫升飽和醋酸鉀溶液中，進(jìn)行功率超聲，功率超聲參數(shù)為超聲頻率18kHz、超聲功率200W，超聲強(qiáng)度40W/cm2，超聲時(shí)間30分鐘，超聲完畢后，再以300轉(zhuǎn)/分的攪拌速度，攪拌反應(yīng)3小時(shí)，保持60℃的反應(yīng)溫度。反應(yīng)完畢后，在真空過(guò)濾機(jī)上過(guò)濾、脫去飽和醋酸鉀溶液，固體部分為高嶺石插層復(fù)合體；將高嶺石插層復(fù)合體加水調(diào)成13％的漿料，攪拌均勻后進(jìn)行功率超聲剝片，功率超聲參數(shù)為超聲頻率18kHz、超聲功率250W、超聲強(qiáng)度44W/cm2，超聲時(shí)間60分鐘。然后在真空過(guò)濾機(jī)上過(guò)濾、洗滌、脫水，使濾液的pH＝6.5為止；將經(jīng)過(guò)功率超聲剝片的高嶺石濾餅制備成濃度為50％的漿液，加入占粘土重量2％硬脂酸鈣，占粘土重量0.5％的異丙基三(異硬脂?；?鈦酸酯，攪拌速度500轉(zhuǎn)/分，攪拌30分鐘；在125℃烘干3小時(shí)，將烘干后的高嶺石在6000轉(zhuǎn)/分的高組織搗碎機(jī)中打散2分鐘，便得平均晶片厚度60納米、平均粒徑500納米的高嶺石產(chǎn)品。
實(shí)施例二 取硬質(zhì)高嶺石微粉(10μm)400克，加水2000毫升制成漿料，在攪拌速度為750轉(zhuǎn)/分的條件下，加入0.3克硅酸鈉，持續(xù)攪拌10分鐘，然后，加入150毫升濃度為30％的H2O2，再以300轉(zhuǎn)/分的攪拌速度攪拌30分鐘，反應(yīng)完畢后，在真空過(guò)濾機(jī)上過(guò)濾、洗滌、脫水，待洗滌液達(dá)到pH＝6.5時(shí)為止；將提純的高嶺石350克加入1000毫升飽和醋酸鉀溶液中，進(jìn)行功率超聲，功率超聲參數(shù)為超聲頻率18kHz、超聲功率200W，超聲強(qiáng)度32W/cm2，超聲時(shí)間10分鐘，超聲完畢后，再以300轉(zhuǎn)/分的攪拌速度，攪拌反應(yīng)4.5小時(shí)，并始終保持60℃的反應(yīng)溫度。反應(yīng)完畢后，在真空過(guò)濾機(jī)上過(guò)濾、脫去飽和醋酸鉀溶液，固體部分為高嶺石插層復(fù)合體；將高嶺石插層復(fù)合體加入水調(diào)成10％的漿料，進(jìn)行功率超聲剝片，功率超聲參數(shù)為超聲頻率20kHz、超聲功率250W，超聲強(qiáng)度40W/cm2，超聲時(shí)間50分鐘。然后在真空過(guò)濾機(jī)上過(guò)濾、洗滌、脫水，使濾液的酸堿度達(dá)到pH＝7為止；將經(jīng)過(guò)功率超聲剝片的高嶺石濾餅制備成濃度為40％的漿液，加入占粘土重量1％硬脂酸，占粘土重量0.5％的異丙基三(十二烷基磺苯酸基)鈦酸酯，攪拌速度500轉(zhuǎn)/分，攪拌30分鐘；在180℃烘干6小時(shí)，將烘干后的高嶺石在8000轉(zhuǎn)/分的高速組織搗碎機(jī)中打散1.5分鐘，便得平均晶片厚度30納米、平均粒徑400納米的高嶺石產(chǎn)品。
實(shí)施例三 取硬質(zhì)高嶺石微粉(20μm)500克，加水3000毫升制成漿料，在攪拌速度為600轉(zhuǎn)/分的條件下，加入0.4克三聚磷酸鈉，持續(xù)攪拌15分鐘。然后，加入200毫升濃度為30％的H2O2，再以300轉(zhuǎn)/分的攪拌速度攪拌35分鐘，反應(yīng)完畢后，在真空過(guò)濾機(jī)上過(guò)濾、洗滌、脫水，待洗滌液達(dá)到pH＝7為止；將400克提純的高嶺石加入2000毫升飽和醋酸鉀溶液中，進(jìn)行功率超聲，功率超聲參數(shù)為超聲頻率18kHz、超聲功率200W，超聲強(qiáng)度32W/cm2，超聲時(shí)間15分鐘，超聲完畢后，再以400轉(zhuǎn)/分的攪拌速度，攪拌反應(yīng)4小時(shí)，并始終保持55℃的反應(yīng)溫度。反應(yīng)完畢后，在真空過(guò)濾機(jī)上過(guò)濾、脫去飽和醋酸鉀溶液，固體部分為高嶺石插層復(fù)合體；將高嶺石插層復(fù)合體加入水調(diào)成15％的漿料，進(jìn)行功率超聲剝片，功率超聲參數(shù)為超聲頻率18kHz、超聲功率250W，超聲強(qiáng)度44W/cm2，超聲時(shí)間50分鐘。然后在真空過(guò)濾機(jī)上過(guò)濾、洗滌、脫水，使濾液的酸堿度達(dá)到pH＝7為止；將經(jīng)過(guò)功率超聲剝片高嶺石濾餅制成濃度為45％的漿液，加入占粘土重量2％硬脂酸鋅，占粘土重量0.5％異丙基三(焦磷酸二辛脂)鈦酸酯，攪拌速度400轉(zhuǎn)/分，攪拌30分鐘；在150℃烘干7小時(shí)，將烘干后的高嶺石在6000轉(zhuǎn)/分的高速組織搗碎機(jī)中打散2分鐘，便得平均晶片厚度50納米、平均粒徑450納米的高嶺石產(chǎn)品。
實(shí)施例四 取硬質(zhì)高嶺石微粉(10μm)1000克，加水5000毫升制成漿料，在攪拌速度為600轉(zhuǎn)/分的條件下，加入0.3克聚丙烯酰鈉，持續(xù)攪拌15分鐘。然后，加入300毫升濃度為30％的H2O2，再以300轉(zhuǎn)/分的攪拌速度攪拌35分鐘，反應(yīng)完畢后，在真空過(guò)濾機(jī)上過(guò)濾、洗滌、脫水，待洗滌液達(dá)到pH＝6.5為止；將提純的高嶺石800克加入3000毫升飽和醋酸鉀溶液中，進(jìn)行功率超聲，功率超聲參數(shù)為超聲頻率20kHz、超聲功率200W，超聲強(qiáng)度32W/cm2，超聲時(shí)間20分鐘，超聲完畢后，再以300轉(zhuǎn)/分的攪拌速度，攪拌反應(yīng)3.5小時(shí)，并始終保持60℃的反應(yīng)溫度。反應(yīng)完畢后，在真空過(guò)濾機(jī)上過(guò)濾、脫去飽和醋酸鉀溶液，固體部分為高嶺石插層復(fù)合體；將高嶺石插層復(fù)合體加入水調(diào)成12％的漿料，進(jìn)行功率超聲剝片，功率超聲參數(shù)為超聲頻率18kHz、超聲功率250W，超聲強(qiáng)度44W/cm2，超聲時(shí)間60分鐘。然后在真空過(guò)濾機(jī)上過(guò)濾、洗滌、脫水，使濾液的酸堿度達(dá)到pH＝7.5為止；將經(jīng)過(guò)功率超聲剝片的高嶺石濾餅制備成濃度為55％的漿液，加入占粘土重量2％的乙烯基三甲基氧基硅烷，攪拌速度500轉(zhuǎn)/分，攪拌30分鐘；在125℃烘干8小時(shí)，將烘干后的高嶺石在5500轉(zhuǎn)/分的高速組織搗碎機(jī)中打散3分鐘，便得平均晶片厚度50納米、平均粒徑450納米的高嶺石產(chǎn)品。
實(shí)施例五 取軟質(zhì)非煤系高嶺土(10μm)500克，加水3000毫升制成漿料，在攪拌速度為500轉(zhuǎn)/分的條件下，加入0.3克六偏磷酸鈉，持續(xù)攪拌15分鐘。然后，加入300毫升濃度為30％的H2O2，再以300轉(zhuǎn)/分的攪拌速度攪拌30分鐘，反應(yīng)完畢后，在真空過(guò)濾機(jī)上過(guò)濾、洗滌、脫水，待洗滌液達(dá)到pH＝6.5為止；將400克提純的高嶺石加入2000毫升飽和醋酸鉀溶液中，進(jìn)行功率超聲，功率超聲參數(shù)為超聲頻率18kHz、超聲功率250W，超聲強(qiáng)度40W/cm2，超聲時(shí)間20分鐘，超聲完畢后，再以300轉(zhuǎn)/分的攪拌速度，攪拌反應(yīng)4小時(shí)，并始終保持60℃的反應(yīng)溫度。反應(yīng)完畢后，在真空過(guò)濾機(jī)上過(guò)濾、脫去飽和醋酸鉀溶液，固體部分為高嶺石插層復(fù)合體；將高嶺石插層復(fù)合體加入水調(diào)成15％的漿料，進(jìn)行功率超聲剝片，功率超聲參數(shù)為超聲頻率18kHz、超聲功率250W，超聲強(qiáng)度44W/cm2，超聲時(shí)間60分鐘。然后在真空過(guò)濾機(jī)上過(guò)濾、洗滌、脫水，使濾液的酸堿度達(dá)到pH＝6.5為止；將經(jīng)過(guò)功率超聲剝片的高嶺石濾餅制備成濃度為50％的漿液，加入占粘土重量2％硬脂酸鈣，占粘土重量0.2％的異丙基三(異硬脂?；?鈦酸酯，攪拌速度300轉(zhuǎn)/分，攪拌30分鐘；在180℃烘干5小時(shí)，將烘干后的高嶺石在6000轉(zhuǎn)/分的高速組織搗碎機(jī)中打散1.5分鐘，便得平均晶片厚度30納米、平均粒徑400納米的納米高嶺石產(chǎn)品。
實(shí)施例五是一個(gè)對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)說(shuō)明本發(fā)明不但可以用于煤系硬質(zhì)高嶺石，對(duì)于軟質(zhì)非煤系高嶺石的納米材料制備同樣是成功的。
權(quán)利要求
1.一種煤系硬質(zhì)高嶺石納米剝片方法，其特征是首先選擇硬質(zhì)高嶺石微粉(粒度10～20μm)為原料，制備成漿料后并加入一定量的分散劑，再利用氧化法除碳，在此基礎(chǔ)上制備“高嶺石-醋酸鉀”插層復(fù)合體、然后通過(guò)功率超聲作用使高嶺石剝片，加入表面活性劑進(jìn)行表面改性，烘干、打散后制得納米高嶺石，
詳細(xì)步驟如下
①高嶺石提純
將硬質(zhì)高嶺石微粉(粒度10～20μm)，加入水和分散劑制成泥漿，在泥漿中加入一定量氧化劑進(jìn)行除碳，洗滌脫水后，制得提純后的高嶺石，
②高嶺石插層復(fù)合體制備
將提純后的高嶺石加入飽和醋酸鉀溶液中浸泡一定時(shí)間，并進(jìn)行功率超聲，制備高嶺石插層復(fù)合體，固液分離，固體部分為高嶺石插層復(fù)合體，醋酸鉀溶液可以重復(fù)使用，
③高嶺石功率超聲剝片
將上述高嶺石插層復(fù)合體加水制成漿料，進(jìn)行功率超聲剝片，最后經(jīng)脫水-洗滌-再脫水后得濾餅，
④高嶺石表面修飾
將洗滌后的濾餅加水制成漿料，在攪拌過(guò)程中加入表面活性劑，
⑤納米高嶺石成品
對(duì)表面改性后的高嶺石烘干，再用高速組織搗碎機(jī)打散獲得納米高嶺石粉體，納米高嶺石的主要特征為高嶺石為片狀，片層的平均厚度20納米～60納米，片狀顆粒的平均粒徑300納米～500納米。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硬質(zhì)高嶺石納米剝片方法，其特征是步驟①所述的漿料濃度是10～25％，所述的分散劑是六偏磷酸鈉、硅酸鈉、三聚磷酸鈉、聚丙烯鈉和聚丙烯酰鈉等中的一種，分散劑的添加量是粘土重量的0.05～0.8％，所述的氧化劑是過(guò)氧化氫(H2O2濃度30％)，所述的脫水和洗滌可以在板框壓濾機(jī)或真空過(guò)濾機(jī)上進(jìn)行，也可以在高速冷凍離心機(jī)上進(jìn)行，以最終濾液的酸堿度達(dá)到pH 6.5～7.5為止。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤系硬質(zhì)高嶺石納米剝片方法，其特征是步驟②所述的高嶺石是由步驟①所獲得的，將高嶺石(克)加入到醋酸鉀飽和溶液(毫升)中的比例是1∶3～1∶10，所述的反應(yīng)時(shí)間是2～5小時(shí)，所述的功率超聲時(shí)間是10～30分鐘，超聲頻率16～30kHz，超聲功率100～300W，超聲強(qiáng)度是20～50W/cm2，所述的固液分離可以在板框壓濾機(jī)或真空過(guò)濾機(jī)上進(jìn)行，也可以在高速冷凍離心機(jī)上進(jìn)行，分離出的液體醋酸鉀可以重復(fù)使用。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤系硬質(zhì)高嶺石納米剝片方法，其特征是步驟③中所述高嶺石插層復(fù)合體漿料的配置濃度為10～20％，所述的功率超聲時(shí)間是0.5～1小時(shí)，超聲頻率16～30kHz，超聲功率150～250W，超聲強(qiáng)度是30～50W/cm2，所述的脫水可以在板框壓濾機(jī)或真空過(guò)濾機(jī)上進(jìn)行，也可以在高速冷凍離心機(jī)上進(jìn)行，所述的洗滌是指在一次脫水后重新加水配置成濃度為10～20％的漿料，攪拌速度300～500轉(zhuǎn)/分，漂洗0.5～1小時(shí)后利用板框壓濾機(jī)、真空過(guò)濾機(jī)或高速冷凍離心機(jī)再次進(jìn)行固液分離。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤系硬質(zhì)高嶺石納米剝片方法，其特征是步驟④中所述的濾餅是上述步驟③的產(chǎn)物，加水配置漿料的濃度為30～60％，所述的攪拌特征為攪拌速度300～500轉(zhuǎn)/分，在進(jìn)行攪拌時(shí)前20分鐘緩慢加入表面改性劑并繼續(xù)攪拌0.5～1.5小時(shí)，所述的表面活性劑為高級(jí)脂肪酸及其鹽、硅烷偶聯(lián)劑、酞酸脂偶聯(lián)劑中的至少一種，高級(jí)脂肪酸及其鹽是指硬脂酸、硬脂酸鈣、硬脂酸鋅等中的一種，用量為粘土重量的0.2～3％，硅烷偶聯(lián)劑為γ(甲基丙烯酰氧基)-氯丙基三甲基氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲基氧基硅烷、β(3，4環(huán)氧烷己基)-乙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙基氧基烷等中的一種，用量為粘土重量的0.2～3％，酞酸脂偶聯(lián)劑為異丙基三(異硬脂?；?鈦酸酯、異丙基三(十二烷基磺苯酸基)鈦酸酯、異丙基三(焦磷酸二辛脂)鈦酸酯中的一種，用量為粘土重量的0.2～3％。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤系硬質(zhì)高嶺石納米剝片方法，其特征是步驟⑤所述的烘干溫度為110～200℃，烘干時(shí)間2～8小時(shí)，也可以噴霧干燥、閃蒸干燥，干燥后的粉料在1500～8000轉(zhuǎn)/分的高速組織搗碎機(jī)、攪拌機(jī)或打散機(jī)中打散，時(shí)間為1～3分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種煤系硬質(zhì)高嶺石納米剝片方法。選用硬質(zhì)高嶺石微粉(粒度為10～20微米)為原料，加入水和分散劑制漿，再加氧化劑除碳提純，然后加入飽和醋酸鉀溶液中，用醋酸鉀作插層劑，使其插層進(jìn)入高嶺石層間，形成“高嶺石-醋酸鉀”插層復(fù)合體，利用功率超聲的聲空化作用，對(duì)插層后的高嶺石進(jìn)行剝片，再加入表面活性劑對(duì)剝片高嶺石進(jìn)行表面修飾，最后烘干和打散即為納米高嶺石。納米高嶺石的晶片平均厚度20～60納米，晶片平均粒徑300～500納米。
文檔編號(hào)C01B33/00GK101121828SQ20061011056
公開(kāi)日2008年2月13日 申請(qǐng)日期2006年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月9日
發(fā)明者丁述理 申請(qǐng)人:河北工程大學(xué)