一種無機(jī)超分子雙電層二維納米片及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無機(jī)超分子雙電層二維納米片及其制備方法，屬于無機(jī)納米材料的制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]陽(yáng)離子型層狀結(jié)構(gòu)的蒙脫土或類蒙脫土，是2:1型的層狀硅鋁酸鹽，其結(jié)構(gòu)組成可寫為:Na0.66 (OH) 4Si8 (Al3.34Mg0.66) O20,其特征結(jié)構(gòu)在于XRD譜圖的2 P峰包括6.0° ±1.0° ,20.0° ±1.0° ,35.0° ±1.0° ,60.0° ±1.0°。蒙脫土的單位晶胞由兩片頂角朝里的S1-ο四面體中夾一片Al-O或Mg-O八面體形成的層狀結(jié)構(gòu)。蒙脫土或類蒙脫土由帶負(fù)電的層板和層間陽(yáng)離子組成，該帶負(fù)電性的層板有很好的穩(wěn)定性和一定的剛性，是能夠穩(wěn)定存在的晶片。
[0003]類蒙脫土可采用水熱法制備，其原料為水玻璃、Al (NO3) 3_9H20、Mg (NO3) 2_6H20及NaOH，本發(fā)明所采用的是利用水熱法(160 °C條件下晶化48 h)合成的類蒙脫土。
[0004]蒙脫土是一類儲(chǔ)量豐富的天然層狀礦物質(zhì)，其結(jié)構(gòu)層與層之間沒有共用的氧或羥基，層板之間是由陽(yáng)離子通過靜電引力結(jié)合，結(jié)合力較弱，層板容易剝離。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]基于上述類蒙脫土或蒙脫土易于實(shí)現(xiàn)剝離且剝離后層板結(jié)構(gòu)能夠穩(wěn)定存在的特點(diǎn)，本發(fā)明提供一種無機(jī)超分子雙電層二維納米片，通過來源于蒙脫土或類蒙脫土的多陰離子的二維納米片層與陽(yáng)離子通過靜電作用形成的類似于無機(jī)鹽的陰、陽(yáng)離子結(jié)合物，即晶態(tài)納米片層本身帶有一種電荷，片層表面通過靜電引力結(jié)合一層帶相反電荷的抗衡離子形成的雙電層二維納米片。
[0006]在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述晶態(tài)納米片層是指蒙脫土或類蒙脫土的帶負(fù)電荷的層板，所述的抗衡離子是氫離子、鋰離子、鈉離子、鉀離子、銣離子中的一種或幾種。
[0007]本發(fā)明另一方面還提供上述無機(jī)超分子雙電層二維納米片的制備方法，以類蒙脫土層板為基體，包括如下步驟:將類蒙脫土與水混合，配制1-40 g.L—1的懸浮液，在25-55°C水浴鍋中攪拌5-10 h，得到類蒙脫土的剝離液，再向剝離液中加入一定量的酸或含鋰離子、鈉離子、鉀離子、銣離子的鹽溶液，得到絮凝狀沉淀，再進(jìn)行抽濾，洗滌至濾液中檢測(cè)不到所含酸根陰離子后，烘干，即得到所述無機(jī)超分子雙電層二維納米片。
[0008]本發(fā)明另一方面還提供上述無機(jī)超分子雙電層二維納米片的另一種制備方法，以蒙脫土層板為基體，包括如下步驟:先將蒙脫土依次采用濕法提純、鈉化處理、酸處理得到酸化蒙脫土，將得到的酸化蒙脫土、水、四丁基氫氧化銨按照一定的比例混合，在室溫下攪拌1-10天，得到膠體溶液，向該溶液中加入一定量的無機(jī)酸或含鋰離子、鈉離子、鉀離子、銣離子的鹽溶液，得到絮凝狀沉淀，再進(jìn)行抽濾，洗滌，烘干得到所述無機(jī)超分子雙電層二維納米片。
[0009]在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，上述制備方法中所述的無機(jī)酸為鹽酸、硝酸或硫酸中的一種或幾種，無機(jī)酸或鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.lwt%-30wt%，加入量為10-40 ml O
[0010]在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述的濕法提純、鈉化處理指的是將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5-25%的蒙脫土溶液在室溫下攪拌一段時(shí)間后，向其中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1~10%的碳酸鈉溶液，在40-90 °C水浴鍋中攪拌1-5 h，抽濾，洗滌，干燥得到鈉化蒙脫土。
[0011]在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述的酸處理是指將得到的鈉化蒙脫土與無機(jī)酸溶液在60-95 °C水浴鍋中攪拌24-72 h，抽濾，洗滌，干燥得到酸化蒙脫土。
[0012]在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，酸化蒙脫土與水的質(zhì)量比為0.05-2:1800，加入的四丁基氫氧化錢使溶液的pH在8.5-10.5之間。
[0013]在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述的烘干為在100-130 °C下烘干2-12 h。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明制備的蒙脫土、類蒙脫土基無機(jī)超分子雙電層納米片是一種片狀多陰離子納米晶片與多個(gè)陽(yáng)離子通過靜電作用形成的類似于無機(jī)鹽組成的雙電層超分子材料。該材料具有廣闊的應(yīng)用前景，如可作為無機(jī)離子交換劑，作為固體超強(qiáng)酸等應(yīng)用于污水處理及催化劑領(lǐng)域，還可以應(yīng)用于防腐涂料的添加劑以顯著提高涂層的防腐蝕性能。
【附圖說明】
[0015]圖1實(shí)施例1、2、3中樣品的X射線粉末衍射圖；
圖2實(shí)施例1中樣品的SEM圖；
圖3實(shí)施例1中樣品的HRTEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是進(jìn)一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，而不是對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求的限制。
[0017]實(shí)施例1:
稱取0.60 g類蒙脫土放入燒杯中，加入30 ml去離子水，在25 °C水浴鍋中攪拌5 h，得到透明均一的膠體溶液。向該膠體溶液中滴加15 ml 1.lwt%的鹽酸溶液使膠體聚沉后，抽濾，洗滌，干燥得到樣品，所得樣品的粉末X射線衍射圖譜見圖La。所得樣品的SEM圖如圖2所示。所得樣品的高分辨透射電鏡圖如圖3所示。
[0018]實(shí)施例2:
稱取0.90 g類蒙脫土，加入30ml去離子水，在25 °C水浴鍋中攪拌5 h，得到透明均一的膠體溶液。向該膠體溶液中滴加15 ml 1.lwt%的鹽酸溶液使膠體聚沉后，抽濾，洗滌，干燥得到樣品。所得樣品的粉末X射線衍射圖譜見圖l.b。
[0019]實(shí)施例3:
稱取0.90 g類蒙脫土，加入30 ml去離子水，在45 °C水浴鍋中攪拌5 h，得到透明均一的膠體溶液。向該膠體溶液中加入15 ml 1.lwt%的鹽酸溶液使膠體聚沉后，抽濾，洗滌，干燥得到樣品。
[0020]實(shí)施例4:
稱取15 g蒙脫土放入三口燒瓶中，加入85 ml去離子水于室溫下攪拌，加入0.6 g固體Na2CO3，在60 °C水浴鍋中攪拌I h，抽濾，洗滌，干燥得到鈉化蒙脫土。取3.0 g鈉化蒙脫土放入燒杯中，加入200 ml 1.lwt%&酸溶液，放于90 °C水浴中攪拌24 h，抽濾，洗滌，干燥得到酸化蒙脫土。取1.0 g鈉化蒙脫土與100 ml去離子水混合于燒杯中，滴加幾滴四丁基氫氧化銨至溶液的PH=1左右，在室溫下劇烈攪拌一周左右得到蒙脫土剝離液(膠體溶液)。向該剝離液中加入30 ml 1.lwt%的鹽酸溶液使膠體聚沉后，抽濾，洗滌，干燥得到樣品。
[0021]實(shí)施例5:
稱取15 g蒙脫土放入三口燒瓶中，加入85 ml去離子水于室溫下攪拌，加入0.6 g固體Na2CO3，在60 °C水浴鍋中攪拌I h，抽濾，洗滌，干燥得到鈉化蒙脫土。取3.0 g鈉化蒙脫土放入燒杯中，加入200 ml 1.lwt%&酸溶液，放于90 °C水浴中攪拌24 h，抽濾，洗滌，干燥得到酸化蒙脫土。取1.0 g鈉化蒙脫土與100 ml去離子水混合于燒杯中，滴加幾滴四丁基氫氧化銨至溶液的PH=1左右，在室溫下劇烈攪拌一周左右得到蒙脫土剝離液。向該剝離液中加入30 ml 5被％的NaCl溶液，使膠體聚沉后抽濾，洗滌，干燥得到樣品。所得樣品的粉末X射線衍射圖譜見圖1.Co
[0022]以上實(shí)施例顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，而不是以任何方式限制本發(fā)明的范圍，在不脫離本發(fā)明范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種無機(jī)超分子雙電層二維納米片，其特征在于，通過來源于蒙脫土或類蒙脫土的多陰離子的二維納米片層與陽(yáng)離子通過靜電作用形成的類似于無機(jī)鹽的陰、陽(yáng)離子結(jié)合物，即晶態(tài)納米片層本身帶有一種電荷，片層表面通過靜電引力結(jié)合一層帶相反電荷的抗衡離子形成的雙電層二維納米片。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無機(jī)超分子雙電層二維納米片，其特征在于，所述晶態(tài)納米片層是指蒙脫土或類蒙脫土的帶負(fù)電荷的層板，所述的抗衡離子是氫離子、鋰離子、鈉離子、鉀離子、銣離子中的一種或幾種。3.權(quán)利要求1或2所述的無機(jī)超分子雙電層二維納米片的制備方法，其特征在于，以類蒙脫土層板為基體，包括如下步驟:將類蒙脫土與水混合，配制1-40 g.L—1的懸浮液，在25-55 °C水浴鍋中攪拌5-10 h，得到類蒙脫土的剝離液，再向剝離液中加入一定量的酸或含鋰離子、鈉離子、鉀離子、銣離子的鹽溶液，得到絮凝狀沉淀，再進(jìn)行抽濾，洗滌至濾液中檢測(cè)不到所含酸根陰離子后，烘干，即得到所述無機(jī)超分子雙電層二維納米片。4.權(quán)利要求1或2所述的無機(jī)超分子雙電層二維納米片的制備方法，其特征在于，以蒙脫土層板為基體，包括如下步驟:先將蒙脫土依次采用濕法提純、鈉化處理、酸處理得到酸化蒙脫土，將得到的酸化蒙脫土、水、四丁基氫氧化銨按照一定的比例混合，在室溫下攪拌1-10天，得到膠體溶液，向該溶液中加入一定量的無機(jī)酸或含鋰離子、鈉離子、鉀離子、銣離子的鹽溶液，得到絮凝狀沉淀，再進(jìn)行抽濾，洗滌，烘干得到所述無機(jī)超分子雙電層二維納米片。5.權(quán)利要求3或4所述的無機(jī)超分子雙電層二維納米片的制備方法，其特征在于，上述所述的無機(jī)酸為鹽酸、硝酸或硫酸中的一種或幾種，無機(jī)酸或鹽溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.lwt%_30wt%，加入量為 10-40 ml ο6.權(quán)利要求4所述的無機(jī)超分子雙電層二維納米片的制備方法，其特征在于，所述的濕法提純、鈉化處理指的是將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5~25%的蒙脫土溶液在室溫下攪拌一段時(shí)間后，向其中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1~10%的碳酸鈉溶液，在40-90 °C水浴鍋中攪拌1-5 h，抽濾，洗滌，干燥得到鈉化蒙脫土。7.權(quán)利要求4所述的無機(jī)超分子雙電層二維納米片的制備方法，其特征在于，所述的酸處理是指將得到的鈉化蒙脫土與無機(jī)酸溶液在60-95 °C水浴鍋中攪拌24-72 h，抽濾，洗滌，干燥得到酸化蒙脫土。8.權(quán)利要求4所述的無機(jī)超分子雙電層二維納米片的制備方法，其特征在于，酸化蒙脫土與水的質(zhì)量比為0.05-2:1800，加入的四丁基氫氧化銨使溶液的pH在8.5-10.5之間。9.權(quán)利要求3或4所述的無機(jī)超分子雙電層二維納米片的制備方法，其特征在于，所述烘干為在100-130 °C下烘干2-12 ho
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種無機(jī)超分子雙電層二維納米片及其制備方法，以蒙脫土或類蒙脫土為基礎(chǔ)原料，通過層板剝離膠體化、膠體聚沉等步驟制得了無機(jī)超分子雙電層二維納米片，該納米片可廣泛應(yīng)用于催化、污水處理、防腐涂料等領(lǐng)域，具有很好的應(yīng)用前景。
【IPC分類】C01B33/44
【公開號(hào)】CN104944431
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510313327
【發(fā)明人】李保山, 劉傳
【申請(qǐng)人】北京化工大學(xué)
【公開日】2015年9月30日
【申請(qǐng)日】2015年6月10日