一種層狀礦物與納米羰基鐵插層復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種層狀礦物與納米羰基鐵插層復(fù)合材料及其制備方法。它是在礦物的結(jié)晶結(jié)構(gòu)層之間插有納米粒級(jí)的羰基鐵顆粒所形成的一種復(fù)合材料。其制備方法步驟如下：1）使用無機(jī)酸與還原劑對(duì)層狀礦物進(jìn)行活化和除雜；2）酸活化后脫水、烘干；3）層狀礦物與Fe(CO)5共同研磨，形成插層化合物；4）加熱使Fe(CO)5在層間脫水形成納米羰基鐵顆粒。所得產(chǎn)物即為層狀礦物與納米羰基鐵插層復(fù)合材料。本發(fā)明成功將納米羰基鐵顆粒插層到硅酸鹽礦物中，利用其層間約束力有效抑制了納米顆粒的團(tuán)聚，制備的產(chǎn)品具有優(yōu)良的電磁波損耗性能，可用作各類裝備的吸波涂料。
【專利說明】一種層狀礦物與納米羰基鐵插層復(fù)合材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種層狀礦物與納米羰基鐵插層復(fù)合材料及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 羰基鐵粉具有優(yōu)良的電磁波損耗性能，可用作各類裝備的吸波涂料。制備羰基鐵 粉是將油狀的Fe (C0) 5液體在隔絕空氣的條件下噴霧熱解，所得產(chǎn)物粒度很難控制，通常為 微米粒級(jí)的顆粒。價(jià)格較高，比重過高，粒度難以控制，是羰基鐵粉在吸波材料領(lǐng)域?qū)嶋H應(yīng) 用的主要障礙。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明提供了一種層狀礦物與納米羰基鐵插層復(fù)合材料及其制備方法。層狀礦物 與納米羰基鐵插層復(fù)合材料是在礦物的結(jié)晶結(jié)構(gòu)層之間插有納米粒級(jí)的羰基鐵顆粒所形 成的一種復(fù)合材料。
[0004] 所述的層狀礦物為滑石、蛇紋石、高嶺石、多水高嶺石、葉蠟石、云母類、伊利石、綠 泥石、蛭石、蒙脫石，它們?cè)谧匀唤绲漠a(chǎn)出形態(tài)為粘土、泥巖、頁巖或塊狀礦石。
[0005] 層狀礦物與納米羰基鐵插層復(fù)合材料的制備方法步驟如下： 1)經(jīng)分離提純的層狀礦物，加5至10倍重量，濃度3%至10%的鹽酸，再加入相當(dāng)于層 狀礦物重量0. 5%至2%的連二亞硫酸鈉，攪拌均勻制成懸浮液礦漿，在室溫下反應(yīng)6?24 小時(shí)，期間不斷攪拌； 酸處理一方面能去除可能存在的酸溶性雜質(zhì)，如碳酸鹽和鐵錳氧化物、硫化物等；此 夕卜，酸處理能使礦物表面被活化，有利于后續(xù)的插層進(jìn)行。加入連二亞硫酸鈉能使鐵、錳被 還原，增加其去除率。
[0006] 2)過濾或離心脫水，清洗2?4次，60至80° C烘干； 3)冷卻至室溫后，每一份重量的層狀礦物加0. 8至1. 5份Fe (C0) 5，攪拌均勻后在高剪 切研磨機(jī)中研磨1至2小時(shí)； 所說的高剪切研磨機(jī)為球磨機(jī)、輥磨機(jī)、棒磨機(jī)、珠磨機(jī)中的一種。
[0007] 4)物料隔絕空氣加熱到150至300° C，恒溫0. 5至3小時(shí)。所得產(chǎn)物即為層狀礦 物與納米羰基鐵插層復(fù)合材料。
[0008] 低成本的制備技術(shù)是本發(fā)明的特色，先利用研磨過程的機(jī)械-化學(xué)力，將羰基鐵 的前軀體Fe (C0) 5插入層狀礦物的結(jié)晶結(jié)構(gòu)層，再在通過熱分解反應(yīng)，使Fe (C0) 5在層間分 解為羰基鐵顆粒。由于結(jié)晶結(jié)構(gòu)層的約束，所形成的羰基 鐵為粒徑約5納米的均勻顆粒。通過本發(fā)明制備的層狀礦物與納米羰基鐵插層復(fù)合材 料比重遠(yuǎn)低于羰基鐵，電磁損耗性能優(yōu)于羰基鐵，并且具有更寬的吸波帶寬，在吸波涂料領(lǐng) 域具有廣泛用途。

【具體實(shí)施方式】
[0009] 本發(fā)明提供了一種層狀礦物與納米羰基鐵插層復(fù)合材料及其制備方法。層狀礦物 與納米羰基鐵插層復(fù)合材料是在礦物的結(jié)晶結(jié)構(gòu)層之間插有納米粒級(jí)的羰基鐵顆粒所形 成的一種復(fù)合材料。
[0010] 所述的層狀礦物為滑石、蛇紋石、高嶺石、多水高嶺石、葉蠟石、云母類、伊利石、綠 泥石、蛭石、蒙脫石，它們?cè)谧匀唤绲漠a(chǎn)出形態(tài)為粘土、泥巖、頁巖或塊狀礦石。
[0011] 層狀礦物與納米羰基鐵插層復(fù)合材料的制備方法步驟如下： 1)經(jīng)分離提純的層狀礦物，加5至10倍重量，濃度3%至10%的鹽酸，再加入相當(dāng)于層 狀礦物重量0. 5%至2%的連二亞硫酸鈉攪拌均勻制成懸浮液礦漿，在室溫下反應(yīng)6?24小 時(shí)，期間不斷攪拌； 從成本、效果等因素綜合考慮推薦使用鹽酸，也可以使用其它無機(jī)酸。酸處理一方面能 去除可能存在的酸溶性雜質(zhì)，如碳酸鹽和鐵錳氧化物、硫化物等；此外，酸處理能使礦物表 面被活化，有利于后續(xù)的插層進(jìn)行。加入連二亞硫酸鈉能使鐵、錳被還原，增加其去除率。
[0012] 3)過濾或離心脫水，清洗2?4次，60至80° C烘干； 脫水、烘干是為了避免在下一步反應(yīng)前水份與Fe (C0) 5發(fā)生水解反應(yīng)。
[0013] 4)冷卻至室溫后，每一份重量的層狀礦物加0. 8至1. 5份Fe(CO) 5,攪拌均勻后在 高剪切研磨機(jī)中研磨1至2小時(shí)； Fe(C0)5又名五羰基鐵，常溫下是一種油狀液體，在這里用作羰基鐵粉的前軀體。 Fe (C0) 5具有疏水、親油性。借助于研磨過程的機(jī)械化學(xué)力，F(xiàn)e (C0) 5能進(jìn)入層狀礦物的結(jié)晶 結(jié)構(gòu)層，形成插層化合物。
[0014] 4)物料隔絕空氣加熱到150至300° C，恒溫0. 5至3小時(shí)。所得產(chǎn)物即為層狀礦 物與納米羰基鐵插層復(fù)合材料。
[0015] ?以0))5在6()° C即開始分解，超過100° C是迅速分解，生成羰基鐵粉： Fe (CO) 5=5C0 (g) +Fe 由于礦物結(jié)晶結(jié)構(gòu)層的約束作用，有效抑制了羰基鐵顆粒的團(tuán)聚，熱分解生成的羰基 鐵為粒度介于3至6納米的顆粒分布在礦物結(jié)晶結(jié)構(gòu)層之間。
[0016] 低成本的制備技術(shù)是本發(fā)明的特色。通過本發(fā)明制備的層狀礦物與納米羰 基鐵插層復(fù)合材料在電磁波吸波涂料領(lǐng)域具有廣泛用途。
[0017] 實(shí)施例1 1) 經(jīng)分離提純的滑石，加10倍重量，濃度3%的鹽酸，再加入相當(dāng)于滑石重量0. 5%的連 二亞硫酸鈉，攪拌均勻制成懸浮液礦漿，在室溫下反應(yīng)6小時(shí)，期間不斷攪拌； 2) 過濾或離心脫水，清洗2次，60°C烘干； 3) 冷卻至室溫后，每一份重量的滑石加0. 8份Fe (C0) 5,攪拌均勻后在球磨機(jī)中研磨1 小時(shí)； 4) 物料隔絕空氣加熱到150° C，恒溫3小時(shí)。所得產(chǎn)物即為滑石與納米羰基鐵插層復(fù) 合材料。
[0018] 實(shí)施例2 1) 經(jīng)分離提純的絹云母，加5倍重量，濃度10%的鹽酸，再加入相當(dāng)于絹云母重量2%的 連二亞硫酸鈉，攪拌均勻制成懸浮液礦漿，在室溫下反應(yīng)24小時(shí)，期間不斷攪拌； 2) 過濾或離心脫水，清洗4次，80°C烘干； 3) 冷卻至室溫后，每一份絹云母加1. 5份Fe (CO) 5,攪拌均勻后在球磨機(jī)中研磨2小 時(shí)； 4) 物料隔絕空氣加熱到300° C，恒溫0.5小時(shí)。所得產(chǎn)物即為絹云母與納米羰基鐵插 層復(fù)合材料。
[0019] 實(shí)施例3 1) 經(jīng)分離提純的蛇紋石，加8倍重量，濃度8%的硫酸，再加入相當(dāng)于蛇紋石重量1%的 連二亞硫酸鈉，攪拌均勻制成懸浮液礦漿，在室溫下反應(yīng)18小時(shí)，期間不斷攪拌； 2) 過濾或離心脫水，清洗3次，70°C烘干； 3) 冷卻至室溫后，每一份重量的蛇紋石加1份Fe (C0) 5,攪拌均勻后在輥磨機(jī)中研磨 1. 5小時(shí)； 4) 物料隔絕空氣加熱到200° C，恒溫2小時(shí)。所得產(chǎn)物即為蛇紋石與納米羰基鐵插層 復(fù)合材料。
[0020] 實(shí)施例4 1) 經(jīng)分離提純的高嶺石，加10倍重量，濃度10%的硝酸，再加入相當(dāng)于高嶺石重量1. 5% 的連二亞硫酸鈉，攪拌均勻制成懸浮液礦漿，在室溫下反應(yīng)6小時(shí)，期間不斷攪拌； 2) 過濾或離心脫水，清洗3次，60°C烘干； 3) 冷卻至室溫后，每一份重量的高嶺石加1. 5份Fe (C0) 5,攪拌均勻后在輥磨機(jī)中研磨 2小時(shí)； 4) 物料隔絕空氣加熱到250° C，恒溫1小時(shí)。所得產(chǎn)物即為高嶺石與納米羰基鐵插層 復(fù)合材料。
[0021] 實(shí)施例5 1) 經(jīng)分離提純的葉蠟石，加10倍重量，濃度10%的鹽酸，再加入相當(dāng)于葉蠟石重量1. 5% 的連二亞硫酸鈉，攪拌均勻制成懸浮液礦漿，在室溫下反應(yīng)6小時(shí)，期間不斷攪拌； 2) 過濾或離心脫水，清洗3次，80°C烘干； 3) 冷卻至室溫后，每一份重量的葉蠟石加1. 2份Fe (C0) 5,攪拌均勻后在輥磨機(jī)中研磨 2小時(shí)； 4) 物料隔絕空氣加熱到200° C，恒溫1.5小時(shí)。所得產(chǎn)物即為葉臘石與納米羰基鐵插 層復(fù)合材料。
[0022] 實(shí)施例6 1) 經(jīng)分離提純的多水高嶺石，加5倍重量，濃度10%的鹽酸，再加入相當(dāng)于多水高嶺 石重量2%的連二亞硫酸鈉，攪拌均勻制成懸浮液礦漿，在室溫下反應(yīng)24小時(shí)，期間不斷攪 拌； 2) 過濾或離心脫水，清洗4次，80°C烘干； 3) 冷卻至室溫后，每一份重量的多水高嶺石加1. 5份Fe (C0) 5,攪拌均勻后在球磨機(jī)中 研磨2小時(shí)； 4) 物料隔絕空氣加熱到150° C，恒溫2小時(shí)。所得產(chǎn)物即為多水高嶺石與納米羰基鐵 插層復(fù)合材料。
[0023] 實(shí)施例7 1)經(jīng)分離提純的伊利石，加10倍重量，濃度3%的鹽酸，再加入相當(dāng)于伊利石重量0. 5%
【權(quán)利要求】
1. 一種層狀礦物與納米羰基鐵插層復(fù)合材料，其特征在于，在層狀礦物的結(jié)晶結(jié)構(gòu)層 之間插有納米粒級(jí)的羰基鐵顆粒所形成的一種復(fù)合材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于，所說的層狀礦物為滑石、蛇紋石、高 嶺石、多水高嶺石、葉蠟石、云母類、伊利石、綠泥石、蛭石、蒙脫石，它們?cè)谧匀唤绲漠a(chǎn)出形 態(tài)為粘土、泥巖、頁巖或塊狀礦石。
3. -種層狀礦物與納米羰基鐵插層復(fù)合材料的制備方法，其特征在于它的步驟如下： 1) 經(jīng)分離提純的層狀礦物，加5至10倍重量，濃度3%至10%的鹽酸，再加入相當(dāng)于層 狀礦物重量0. 5%至2%的連二亞硫酸鈉，攪拌均勻制成懸浮液礦漿，在室溫下反應(yīng)6?24 小時(shí)，期間不斷攪拌； 2) 過濾或離心脫水，清洗2?4次，60至80° C烘干； 3) 冷卻至室溫后，每一份重量的層狀礦物加0. 8至1. 5份Fe (CO) 5，攪拌均勻后在高剪 切研磨機(jī)中研磨1至2小時(shí)； 4) 物料隔絕空氣加熱到150至300° C，恒溫0. 5至3小時(shí)，所得產(chǎn)物即為層狀礦物與 納米羰基鐵插層復(fù)合材料。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種層狀礦物與納米羰基鐵插層復(fù)合材料的制備方法，其特 征在于，所說的高剪切研磨機(jī)為球磨機(jī)、輥磨機(jī)、棒磨機(jī)、珠磨機(jī)中的一種。
【文檔編號(hào)】C01B33/38GK104058467SQ201410316577
【公開日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年7月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月6日
【發(fā)明者】葉瑛, 秦文莉, 陳雪剛, 紀(jì)曉聲, 李林蔚, 夏枚生, 閆康康 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)