閉系耐酸耐壓加熱反應(yīng)體系制備納米石英多孔晶須工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及納米石英晶須制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種閉系耐酸耐壓加熱反應(yīng)體系制備納米石英多孔晶須工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]無(wú)機(jī)纖維是復(fù)合材料的主要增強(qiáng)型，無(wú)機(jī)纖維是以天然無(wú)機(jī)物或含碳高聚物纖維為原料，經(jīng)人工抽絲或直接碳化制成。包括玻璃纖維，金屬纖維和碳纖維。目前常用的納米纖維有碳纖維，碳纖維是一種含碳量在95%以上的高強(qiáng)度、高模量纖維的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機(jī)纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。由高純度單晶生長(zhǎng)而成的微納米級(jí)的短纖維為晶須。其機(jī)械強(qiáng)度等于鄰接原子間力產(chǎn)生的強(qiáng)度。晶須的高度取向結(jié)構(gòu)不僅使其具有高強(qiáng)度、高模量和高伸長(zhǎng)率，其他制造納米纖維的方法有很多，如拉伸法、模板合成、自組裝、微相分離、靜電紡絲等。無(wú)機(jī)納米纖維材料在高比強(qiáng)度、高比模量復(fù)合材料應(yīng)用中有廣闊的前景，是開發(fā)新型材料的熱門領(lǐng)域。
[0003]海泡石、坡縷石、凹凸棒石一族礦物為鏈層狀硅酸鹽礦物，在四面體條帶間形成與鏈平行的通道，通道橫斷面約3.7?6.3A°。通道中充填沸石水和結(jié)晶水，坡縷石、凹凸棒石理想的化學(xué)分子式為:Mg5Sis02。(OH) 2 (OH2) 4.4H20，海泡石標(biāo)準(zhǔn)晶體化學(xué)式為Mg8(H2O)4[Si6O1J2 (OH)4- 8H20，其中 S12含量一般在 54~60% 之間，MgO 含量多在 21~25% 范圍內(nèi)。本族礦物晶體習(xí)性為纖維狀，由于獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)，使之具有許多特殊的物化及工藝性能，主要物化性能和工藝性能有:陽(yáng)離子可交換性、吸水性、吸附脫色性，大的比表面積(9.6?36m2/g)以及膠質(zhì)價(jià)和膨脹容，高塑性粘土、特殊的物理化學(xué)性質(zhì)和工藝性能，使其在石油、化工、建材、造紙、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)等方面得到廣泛應(yīng)用，用量最大的是涂料、鉆井泥漿、食用油脫色，具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。
[0004]以海泡石、坡縷石、凹凸棒石一族礦物特殊結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，作為納米石英多孔纖維的前驅(qū)體是非常合適的原料，利用無(wú)機(jī)酸高溫時(shí)的高活性分解海泡石、坡縷石、凹凸棒石一族礦物，并將分解后的非S12物質(zhì)清理干凈可以得到納米石英多孔晶須。有研究使用常壓沸酸洗滌法的工藝，但其反應(yīng)環(huán)境苛刻，對(duì)結(jié)構(gòu)亦有一定的破壞，對(duì)于形成納米石英多孔晶須有一定難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種以海泡石、坡縷石、凹凸棒石一族礦物為前驅(qū)體，閉系耐酸耐壓加熱反應(yīng)體系中無(wú)機(jī)酸制備納米石英多孔晶須的工藝。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案為:閉系耐酸耐壓加熱反應(yīng)體系制備納米石英多孔晶須工藝包括如下步驟:
O將海泡石、坡縷石、凹凸棒石一族礦物提純至S12^量大于90%，或礦物含量大于95%，分散至粒度10?30 μ m，得到海泡石、坡縷石、凹凸棒石一族礦物粉體，便于增加與無(wú)機(jī)酸反應(yīng)速率；
2)將步驟I)得到的海泡石、坡縷石、凹凸棒石一族礦物粉體與質(zhì)量濃度為30?69%的硝酸或質(zhì)量濃度為30%?38%的鹽酸或質(zhì)量濃度為30%?90%的硫酸混合。
[0007]3)將經(jīng)過(guò)步驟2)得到的混合物置于閉式耐酸反應(yīng)釜中加熱，進(jìn)行水熱反應(yīng)，加熱溫度在150?600°C，反應(yīng)時(shí)間為2?1h ;所述海泡石、坡縷石、凹凸棒石一族礦物粉體中除S12以外的其他氧化物與HNO 3或HCl或H 2S04反應(yīng)，形成:
Σ (TnxOmy) + (XXn)HNO3 — xT (NO3) n + yH20TnxOmy主要為 Al 203、Fe203、CaO、MgO、MnO、K20、Na2O,
HNO3用量為Σ (XXn)HNO3中Σ (χΧη)摩爾數(shù)的2?3倍;
或:Σ (TxOy) + yH2S04 — Tx(SO4)y + yH20TxOy主要為 Al 203、Fe2O3' CaO、MgO、MnO、K20、Na2O,
H2SO4用量為Σ (y)H2S04* Σ y摩爾數(shù)的2?3倍；
^: Σ (TnxOmy) + (X X n) HCl — xT (Cl)n + yH20TnxOmy主要為 Al 203、Fe203、CaO、MgO、MnO、K20、Na2O,
HCl用量為Σ (xXn)HCl中Σ (χΧη)摩爾數(shù)的2?3倍；
4)反應(yīng)結(jié)束，冷卻后將反應(yīng)物從反應(yīng)釜中取出，經(jīng)離心洗滌、干燥，得到含有雜質(zhì)的納米石英多孔晶須；
5)將步驟4)得到的含有雜質(zhì)的納米石英多孔晶須加多量水放入反應(yīng)釜中，加熱溫度在120?200°C，進(jìn)行水熱擴(kuò)散脫雜，擴(kuò)散時(shí)間為2?10h，冷卻后經(jīng)洗滌、離心、干燥；
6)將步驟5)重復(fù)N次(N^ 0)，直到所含雜質(zhì)到達(dá)所需要求為止，得到所需要純度的含水納米石英多孔晶須；
7)將步驟6)重復(fù)N次(N^ 0)得到的含水納米石英多孔晶須，經(jīng)600?1200°C高溫煅燒，2?6小時(shí)脫水，將含水納米石英多孔晶須空中的大量水高溫煅燒脫水，得到納米石英多孔晶須。
[0008]所述步驟3)中，要求圓03或HCl或H 2S04反應(yīng)物過(guò)量，用量摩爾數(shù)的2?3倍。
[0009]所述步驟4)、5)、6)中，離心洗滌時(shí)的離心力大小為以不流失液體中的納米纖維的極限值為最佳離心力。
[0010]所述步驟6)、7)中，所述的重復(fù)N次，N ^ 0，重復(fù)次數(shù)視得到所需要納米石英多孔晶須其純度S12達(dá)到97%。
[0011]所述納米石英多孔晶須粉體白度為80?84，S12含量?98%，Al 203低于1%，鐵含量低于0.5%，具有多孔結(jié)構(gòu)，晶須直徑?20nm，長(zhǎng)徑比20?40。
[0012]本發(fā)明的有益效果在于:利用海泡石、坡縷石、凹凸棒石一族礦物為前驅(qū)體，以無(wú)機(jī)酸高溫時(shí)的高活性分解海泡石、坡縷石、凹凸棒石一族礦物，并將分解后的非Si02物質(zhì)清理干凈，原結(jié)構(gòu)中的Si02經(jīng)縮合得到納米石英多孔晶須。本工藝無(wú)需過(guò)大成本，所得納米石英多孔晶須粉體白度為80?84，納米石英多孔晶須Si02含量?98%，A1203低于1%，鐵含量低于0.5%，具有多孔結(jié)構(gòu)，晶須直徑?20nm，長(zhǎng)徑比20?40。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明的納米石英多孔晶須TEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]以下對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0015]實(shí)施例1
硝酸水熱法制備納米石英多孔晶須工藝:
1)將提純的海泡石、坡縷石、凹凸棒石一族礦物分散至粒度10?30μm，得到海泡石、坡縷石、凹凸棒石一族礦物粉體；
2)將步驟I)得到的海泡石、坡縷石、凹凸棒石一族礦物粉體與質(zhì)量濃度為30?69%的硝酸混合。
[0016]3)將經(jīng)過(guò)步驟2)得到的混合物置于閉式耐酸反應(yīng)釜中加熱，進(jìn)行水熱反應(yīng)，加熱溫度在150?400°C，反應(yīng)時(shí)間為2?1h ;所述海泡石、坡縷石、凹凸棒石一族礦物粉體中除S12以外的其他氧化物與HNO 3反應(yīng)，形成:
Σ (TnxOmy) + (XXn)HNO3 — xT (NO3) n + yH20TnxOmy主要為 Al 203、Fe203、CaO、MgO、MnO、K20、Na2O,
HNO3用量為Σ (XXn)HNO3中Σ (χΧη)摩爾數(shù)的2?3倍;
4)反應(yīng)結(jié)束，冷卻后將反應(yīng)物從反應(yīng)釜中取出，經(jīng)洗滌、離心、干燥，得到含有雜質(zhì)的納米石英多孔晶須；
5)將步驟4)得到的含有雜質(zhì)的納米石英多孔晶須加多量水放入反應(yīng)釜中，加熱溫度在120?200°C，進(jìn)行水熱擴(kuò)散脫雜，擴(kuò)散時(shí)間為2?10h，冷卻后經(jīng)洗滌、離心、干燥；
6)將步驟5)重復(fù)N次