本發(fā)明屬于凹凸棒加工技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種改變凹凸棒土結(jié)構(gòu)的方法。
背景技術(shù)：
凹凸棒土是一種天然水合礦物，它的基本單元是直徑約為20-50nm、長度約為1mm的纖維狀的棒晶。由于其納米尺寸，棒晶具有較大的比表面積，在自然狀態(tài)下不能穩(wěn)定的獨(dú)立存在，而是相互隨機(jī)吸附形成許多聚集體，一梱梱地呈束狀分布。正因?yàn)榘艟У拇罅烤奂?，使凹凸棒土的比表面積大大低于其理論極限值（即所有棒晶比表面積之和）。未經(jīng)任何處理的凹凸棒土比表面積一般不高于150m2/g，這使其在很多領(lǐng)域的應(yīng)用受到限制，比如吸附劑、催化劑、載體等。因此，凹凸棒土的分散受到了越來越多科研工作者的關(guān)注。目前，常用的方法有物理法和化學(xué)法，前者主要包括機(jī)械擠壓、超聲處理等；后者通常為酸堿處理。盡管這些方法能在一定程度上提高凹凸棒土的分散性，提高其比表面積，但是很難實(shí)現(xiàn)大幅度的提高，即數(shù)值上很難超過200m2/g，其原因是這些方法只是將部分的棒晶聚集體分散成小的聚集體或單個(gè)棒晶，而不能改變棒晶的微觀結(jié)構(gòu)。
復(fù)雜結(jié)構(gòu)的納米材料譬如納米纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較線狀結(jié)構(gòu)具有更加優(yōu)良的性能，包括：機(jī)械性能、流變性、阻滯性、吸附性、催化性、納米篩、隔熱性等。因而，納米網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和構(gòu)筑受到越來越多的關(guān)注。然而，現(xiàn)有的工作大多集中在借助分子自組裝技術(shù)的有機(jī)納米網(wǎng)絡(luò)的合成。對(duì)于應(yīng)用較廣泛的無機(jī)納米材料而言，由于其在制備過程中常常呈線狀生長，不能像有機(jī)納米材料在制備過程中通過控制反應(yīng)條件“自組裝”成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。因此，開發(fā)將線狀納米結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成網(wǎng)狀納米結(jié)構(gòu)的后處理技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景。有報(bào)導(dǎo)說，借助透射電子顯微鏡的電子束輻照產(chǎn)生的高溫效應(yīng)可將線狀單壁碳納米管縫合起來，但是，對(duì)能夠普遍使用的將線狀無機(jī)納米結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的方法鮮有報(bào)導(dǎo)。
根據(jù)離子束對(duì)有機(jī)小分子具有更高的濺射率，我們用離子束將控失尿素中的尿素剔除掉。離子束轟擊尿素/凹凸棒土復(fù)配物可清晰地看到，離子束刻蝕不僅剔除了尿素，而且使剛性的凹凸棒土納米線彎曲變形。離子束轟擊純的凹凸棒土，改變離子束的能量和劑量，可以控制凹凸棒土由棒狀到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成過程。這給我們重要的啟示：離子束轟擊技術(shù)可能是一種簡便快捷地?zé)o機(jī)線狀納米材料轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的新方法。這種方法不僅用于凹凸棒土材料網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，對(duì)其他無機(jī)線狀納米材料的網(wǎng)絡(luò)化同樣適用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種改變凹凸棒土結(jié)構(gòu)的方法，能大大提高凹凸棒土分散性且將其棒狀結(jié)構(gòu)構(gòu)筑成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明提供一種改變凹凸棒土結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括如下步驟：
（1）凹凸棒土樣品預(yù)處理：將凹凸棒粘土磨制成粒徑120-180目篩的顆粒，以0.4-0.8%質(zhì)量百分比濃度添加到水中形成懸濁液，同時(shí)在懸濁液中添加表面活性劑，并控制懸濁液pH值為5-7，不斷攪拌懸濁液；去雜質(zhì)后經(jīng)過超聲處理，烘干得到純化的凹凸棒土粉末；將純化的凹凸棒土粉末加入到純水中，配置成純化的凹凸棒土懸濁液，蘸取懸濁液均勻涂布在器皿上，將器皿烘干，得到備用凹凸棒土樣品；
（2）離子束轟擊：備用凹凸棒土樣品用離子束生物工程裝置輻照，有輻照參數(shù)：離子束能量范圍為5-1000keV，劑量范圍為20-100000keV。
優(yōu)選地，所述方法包括如下步驟：
（1）凹凸棒土樣品預(yù)處理：將凹凸棒粘土磨制成粒徑為130-160目篩的顆粒，以0.5-0.7%質(zhì)量百分比濃度添加到水中形成懸濁液，同時(shí)在懸濁液中添加表面活性劑，并控制懸濁液pH值為6-7，不斷攪拌懸濁液；去雜質(zhì)后經(jīng)過超聲處理，烘干得到純化的凹凸棒土粉末；將純化的凹凸棒土粉末加入到純水中，配置成純化的凹凸棒土懸濁液，蘸取懸濁液均勻涂布在器皿上，將器皿烘干，得到備用凹凸棒土樣品；
（2）離子束轟擊：備用凹凸棒土樣品用離子束生物工程裝置輻照，有輻照參數(shù)：離子束能量范圍為5-1000keV，劑量范圍為20-100000keV。
優(yōu)選地，所述方法包括如下步驟：
（1）凹凸棒土樣品預(yù)處理：將凹凸棒粘土磨制成粒徑為140-150目篩的顆粒，以0.6-0.7%質(zhì)量百分比濃度添加到水中形成懸濁液，同時(shí)在懸濁液中添加表面活性劑，并控制懸濁液pH值為6-7，不斷攪拌懸濁液；去雜質(zhì)后經(jīng)過超聲處理，烘干得到純化的凹凸棒土粉末；將純化的凹凸棒土粉末加入到純水中，配置成純化的凹凸棒土懸濁液，蘸取懸濁液均勻涂布在器皿上，將器皿烘干，得到備用凹凸棒土樣品；
（2）離子束轟擊：備用凹凸棒土樣品用離子束生物工程裝置輻照，有輻照參數(shù)：離子束能量范圍為5-1000keV，劑量范圍為20-100000keV。
優(yōu)選地，所述方法包括如下步驟：
（1）凹凸棒土樣品預(yù)處理：將凹凸棒粘土磨制成粒徑為140-145目篩的顆粒，以0.6-0.7%質(zhì)量百分比濃度添加到水中形成懸濁液，同時(shí)在懸濁液中添加表面活性劑，并控制懸濁液pH值為6-7，不斷攪拌懸濁液；去雜質(zhì)后經(jīng)過超聲處理，烘干得到純化的凹凸棒土粉末；將純化的凹凸棒土粉末加入到純水中，配置成純化的凹凸棒土懸濁液，蘸取懸濁液均勻涂布在器皿上，將器皿烘干，得到備用凹凸棒土樣品；
（2）離子束轟擊：備用凹凸棒土樣品用離子束生物工程裝置輻照，有輻照參數(shù)：離子束能量范圍為5-1000keV，劑量范圍為20-100000keV。
優(yōu)選地，所述離子束能量范圍為60keV，劑量范圍為1000keV。
優(yōu)選地，所述離子束能量范圍為40keV，劑量范圍為1500keV。
優(yōu)選地，所述離子束能量范圍為30keV，劑量范圍為2000keV。
優(yōu)選地，所述離子束能量范圍為20keV，劑量范圍為4000keV。
優(yōu)選地，所述離子束能量范圍為5keV，劑量范圍為8000keV。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：
（1）本發(fā)明的方法穩(wěn)定、便捷，不需煩瑣的化學(xué)處理，且可以批量處理，具有較大的應(yīng)用前景；
（2）本發(fā)明在離子束的局部熱效應(yīng)下，凹凸棒土棒晶彎曲變形，相互鏈接或搭接形成三維多孔納米網(wǎng)絡(luò)，從而提高其催化性和載體性；
（3）本發(fā)明離子束轟擊后，原來呈束狀分布的凹凸棒土聚集體被分散成單個(gè)的棒晶，使凹凸棒土的分散性大幅度提高，從而提高其吸附性。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。
實(shí)施例1
本實(shí)施例提供的改變凹凸棒土結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括如下步驟：
（1）凹凸棒土樣品預(yù)處理：將凹凸棒粘土磨制成粒徑180目篩的顆粒，以0.4%質(zhì)量百分比濃度添加到水中形成懸濁液，同時(shí)在懸濁液中添加表面活性劑，并控制懸濁液pH值為7，不斷攪拌懸濁液；去雜質(zhì)后經(jīng)過超聲處理，烘干得到純化的凹凸棒土粉末；將純化的凹凸棒土粉末加入到純水中，配置成純化的凹凸棒土懸濁液，蘸取懸濁液均勻涂布在器皿上，將器皿烘干，得到備用凹凸棒土樣品；
（2）離子束轟擊：備用凹凸棒土樣品用離子束生物工程裝置輻照，有輻照參數(shù)：離子束能量范圍為5keV，劑量范圍為100000keV。
實(shí)施例2
本實(shí)施例提供的改變凹凸棒土結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括如下步驟：
（1）凹凸棒土樣品預(yù)處理：將凹凸棒粘土磨制成粒徑120目篩的顆粒，以0.8%質(zhì)量百分比濃度添加到水中形成懸濁液，同時(shí)在懸濁液中添加表面活性劑，并控制懸濁液pH值為5，不斷攪拌懸濁液；去雜質(zhì)后經(jīng)過超聲處理，烘干得到純化的凹凸棒土粉末；將純化的凹凸棒土粉末加入到純水中，配置成純化的凹凸棒土懸濁液，蘸取懸濁液均勻涂布在器皿上，將器皿烘干，得到備用凹凸棒土樣品；
（2）離子束轟擊：備用凹凸棒土樣品用離子束生物工程裝置輻照，有輻照參數(shù)：離子束能量范圍為1000keV，劑量范圍為20keV。
實(shí)施例3
本實(shí)施例提供的改變凹凸棒土結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括如下步驟：
（1）凹凸棒土樣品預(yù)處理：將凹凸棒粘土磨制成粒徑130目篩的顆粒，以0.8%質(zhì)量百分比濃度添加到水中形成懸濁液，同時(shí)在懸濁液中添加表面活性劑，并控制懸濁液pH值為5-7，不斷攪拌懸濁液；去雜質(zhì)后經(jīng)過超聲處理，烘干得到純化的凹凸棒土粉末；將純化的凹凸棒土粉末加入到純水中，配置成純化的凹凸棒土懸濁液，蘸取懸濁液均勻涂布在器皿上，將器皿烘干，得到備用凹凸棒土樣品；
（2）離子束轟擊：備用凹凸棒土樣品用離子束生物工程裝置輻照，有輻照參數(shù)：離子束能量范圍為60keV，劑量范圍為1000keV。
實(shí)施例4
本實(shí)施例提供的改變凹凸棒土結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括如下步驟：
（1）凹凸棒土樣品預(yù)處理：將凹凸棒粘土磨制成粒徑160目篩的顆粒，以0.4%質(zhì)量百分比濃度添加到水中形成懸濁液，同時(shí)在懸濁液中添加表面活性劑，并控制懸濁液pH值為5，不斷攪拌懸濁液；去雜質(zhì)后經(jīng)過超聲處理，烘干得到純化的凹凸棒土粉末；將純化的凹凸棒土粉末加入到純水中，配置成純化的凹凸棒土懸濁液，蘸取懸濁液均勻涂布在器皿上，將器皿烘干，得到備用凹凸棒土樣品；
（2）離子束轟擊：備用凹凸棒土樣品用離子束生物工程裝置輻照，有輻照參數(shù)：離子束能量范圍為40keV，劑量范圍為1500keV。
實(shí)施例5
本實(shí)施例提供的改變凹凸棒土結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括如下步驟：
（1）凹凸棒土樣品預(yù)處理：將凹凸棒粘土磨制成粒徑140目篩的顆粒，以0.7%質(zhì)量百分比濃度添加到水中形成懸濁液，同時(shí)在懸濁液中添加表面活性劑，并控制懸濁液pH值為7，不斷攪拌懸濁液；去雜質(zhì)后經(jīng)過超聲處理，烘干得到純化的凹凸棒土粉末；將純化的凹凸棒土粉末加入到純水中，配置成純化的凹凸棒土懸濁液，蘸取懸濁液均勻涂布在器皿上，將器皿烘干，得到備用凹凸棒土樣品；
（2）離子束轟擊：備用凹凸棒土樣品用離子束生物工程裝置輻照，有輻照參數(shù)：離子束能量范圍為30keV，劑量范圍為2000keV。
實(shí)施例6
本實(shí)施例提供的改變凹凸棒土結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括如下步驟：
（1）凹凸棒土樣品預(yù)處理：將凹凸棒粘土磨制成粒徑145目篩的顆粒，以0.7%質(zhì)量百分比濃度添加到水中形成懸濁液，同時(shí)在懸濁液中添加表面活性劑，并控制懸濁液pH值為6，不斷攪拌懸濁液；去雜質(zhì)后經(jīng)過超聲處理，烘干得到純化的凹凸棒土粉末；將純化的凹凸棒土粉末加入到純水中，配置成純化的凹凸棒土懸濁液，蘸取懸濁液均勻涂布在器皿上，將器皿烘干，得到備用凹凸棒土樣品；
（2）離子束轟擊：備用凹凸棒土樣品用離子束生物工程裝置輻照，有輻照參數(shù)：離子束能量范圍為20keV，劑量范圍為4000keV。
實(shí)施例7
本實(shí)施例提供的改變凹凸棒土結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括如下步驟：
（1）凹凸棒土樣品預(yù)處理：將凹凸棒粘土磨制成粒徑140目篩的顆粒，以0.6%質(zhì)量百分比濃度添加到水中形成懸濁液，同時(shí)在懸濁液中添加表面活性劑，并控制懸濁液pH值為6，不斷攪拌懸濁液；去雜質(zhì)后經(jīng)過超聲處理，烘干得到純化的凹凸棒土粉末；將純化的凹凸棒土粉末加入到純水中，配置成純化的凹凸棒土懸濁液，蘸取懸濁液均勻涂布在器皿上，將器皿烘干，得到備用凹凸棒土樣品；
（2）離子束轟擊：備用凹凸棒土樣品用離子束生物工程裝置輻照，有輻照參數(shù)：離子束能量范圍為5keV，劑量范圍為8000keV。
實(shí)施例8
本實(shí)施例提供的改變凹凸棒土結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括如下步驟：
（1）凹凸棒土樣品預(yù)處理：將凹凸棒粘土磨制成粒徑145目篩的顆粒，以0.6%質(zhì)量百分比濃度添加到水中形成懸濁液，同時(shí)在懸濁液中添加表面活性劑，并控制懸濁液pH值為7，不斷攪拌懸濁液；去雜質(zhì)后經(jīng)過超聲處理，烘干得到純化的凹凸棒土粉末；將純化的凹凸棒土粉末加入到純水中，配置成純化的凹凸棒土懸濁液，蘸取懸濁液均勻涂布在器皿上，將器皿烘干，得到備用凹凸棒土樣品；
（2）離子束轟擊：備用凹凸棒土樣品用離子束生物工程裝置輻照，有輻照參數(shù)：離子束能量范圍為20keV，劑量范圍為4000keV。
本發(fā)明原理是：凹凸棒土為Si、Mg氧化物和Al的水合分子配位組成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，屬于熱和電的不良導(dǎo)體。當(dāng)高能量密度的離子轟擊凹凸棒土聚集體時(shí)，由于熱效應(yīng)和電荷效應(yīng)，大部分聚集體被“劈開”，形成許多分散的棒晶。由于沿凹凸棒土棒晶軸線受熱不均勻而產(chǎn)生熱應(yīng)力，致使納米棒晶彎曲變形，伸長或收縮運(yùn)動(dòng)，互相對(duì)接或搭接。自然狀態(tài)下凹凸棒土棒晶兩端如針狀，持續(xù)不斷地離子束刻蝕使針尖越來越細(xì)，以致在高能量密度離子束轟擊下可能出現(xiàn)‘熔融’現(xiàn)象。離子束轟擊可以使納米線結(jié)構(gòu)中的原子離位，產(chǎn)生空位缺陷。由于凹凸棒土為電的不良導(dǎo)體，兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)之間的庫侖斥力大于機(jī)械強(qiáng)度，可能使質(zhì)點(diǎn)碎片拋射而產(chǎn)生更大的缺陷。當(dāng)熔融的納米線端相互對(duì)接或者熔融的一端與棒晶空位缺陷搭接，接觸區(qū)兩側(cè)運(yùn)動(dòng)的移位原子可以相互混合，形成了一個(gè)在結(jié)構(gòu)上混為一體的“焊接區(qū)”。由此可見，高能量密度離子束轟擊促使剛性線狀凹凸棒土產(chǎn)生熱應(yīng)力彎曲變形，尖端熔融，相互對(duì)接或搭接，在相互交疊區(qū)融為一體性結(jié)構(gòu)，達(dá)到焊接的目的，從而轉(zhuǎn)變成復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)?？傊?，離子束轟擊后，原來呈束狀分布的凹凸棒土聚集體被分散成單個(gè)的棒晶，并在離子束的局部熱效應(yīng)下，相互鏈接形成三維多孔納米網(wǎng)絡(luò)，因而凹凸棒土的分散性得到大幅度提高。
以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。