專利名稱：一種高嶺石插層方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高嶺石插層方法。
背景技術(shù)：
有機(jī)分子插入高嶺石層間形成的高嶺石有機(jī)復(fù)合物是一種新型的礦物材料。在功能陶瓷材料、環(huán)境工程材料、納米復(fù)合材料、催化劑、選擇型吸附劑等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)插層粘土類反應(yīng)的研究主要集中在插層蒙脫土和高嶺石，蒙脫土的插層比較容易。但是高嶺石是典型的1∶1型層狀硅酸鹽，層間不含可交換性陽(yáng)離子，被認(rèn)為是非膨脹性粘土礦物，因而高嶺石的插層則比較困難，目前高嶺石的插層方法主要有溶液插層和熔體插層法兩種。溶液插層是在溶液中將有機(jī)分子、無(wú)機(jī)化合物或聚合物等在一定的溫度和強(qiáng)烈攪拌的情況下插入高嶺石的層間。熔體插層法是將聚合物熔融后直接插入高嶺石層間，但是由于高嶺石的層間距較小，這種方法很難實(shí)現(xiàn)完全插層，相比較而言，溶液插層比較容易一些，但是溶液插層往往需要較長(zhǎng)的時(shí)間，如2-10天等，根據(jù)插層分子的情況不同而異；同時(shí)其插層率較低，很難達(dá)到完全插層，因此其極大的限制了該方法的工業(yè)化應(yīng)用。國(guó)外對(duì)高嶺石的插層研究始于90年代，Ray L.Frost等人用甲酰胺插層高嶺石，其方法是將甲酰胺和水以1∶1的質(zhì)量比例混合作為插層溶液，將3毫克的高嶺石加入上述的5毫升溶液中，攪拌80小時(shí)后可以實(shí)現(xiàn)其對(duì)高嶺石的完全插層Ray L.Frost，etal.Effect of water on the formamide-intercalation ofkaolinite，Spectrochimica Acta Part A 2000，561711-1729。J.Kristof等人將300mg的高嶺石加入1M的醋酸銫溶液中攪拌80小時(shí)可以實(shí)現(xiàn)醋酸銫對(duì)高嶺石的插層，插層率達(dá)到90％J.Kristof，etal.FIRT spectroscopyic studyof intercalated kaolinite，Journal of Molecular Structure1997，410-411119-122。Ray L.Frost和Oliver B.Locos等人用醋酸鉀和醋酸銫對(duì)高嶺石進(jìn)行插層，其方法是用7.2M的醋酸鉀或3.5M醋酸銫浸泡高嶺石80小時(shí)，經(jīng)過過濾和自然干燥后可以得到高嶺石插層化合物，其插層率可達(dá)90％以上Ray L.Frost，Oliver B.Locos，etal.Infradespectroscopic study of potassium and cesium acetate-intercalation kaolinites，Vibrational Spectroscopy 2001，2633-42。Yoshihiko Komori等先將甲基甲酰胺插層高嶺石得到部分插層的化合物，然后將其和甲醇混合攪拌反應(yīng)5天，然后用烷基胺在40℃下攪拌24小時(shí)，即可以得到烷基胺完全插層的高嶺石插層化合物Yoshihiko Komori，etal.Intercalation ofalkylamines and water into kaolinite with methanol kaolinite as anintermediate，Applied Clay Science，1999，15241-252。上述這些插層方法時(shí)間比較長(zhǎng)，或者是工藝比較復(fù)雜，在短時(shí)間很難實(shí)現(xiàn)完全的插層。國(guó)內(nèi)這方面的研究較少報(bào)道，陳祖熊等利用肼對(duì)高嶺石進(jìn)行插層，其將90-95％的肼溶液浸泡高嶺石，發(fā)現(xiàn)5小時(shí)后插層率可以達(dá)到80％左右，浸泡30小時(shí)，插層率可以達(dá)到約90％陳祖熊等，脅對(duì)高嶺土插層的研究(1)，建筑材料學(xué)報(bào)，2000，3(2)151-155。這種方法工藝簡(jiǎn)單，和國(guó)外的插層研究相比時(shí)間縮短，但是仍然不能達(dá)到完全插層。沈忠悅等利用醋酸鉀對(duì)高嶺石進(jìn)行插層，其方法是將15％的醋酸鉀溶液和高嶺石一起研磨2分鐘，然后放置2小時(shí)，然后用水清洗醋酸鉀，得到水合插層化合物，通過X衍射分析，其插層率大約達(dá)到50％沈忠悅等，高嶺石的夾層化合物及其剝片作用，非金屬礦，2000，23(6)12-13。這種方法也不能達(dá)到完全的插層目的。上述的這些方法大多是針對(duì)某種物質(zhì)的插層方法，而且有的時(shí)間較長(zhǎng)，有的工藝復(fù)雜，有的雖然時(shí)間短但是不能實(shí)現(xiàn)完全的插層。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種插層時(shí)間短，插層率高，而且適用于大多數(shù)有機(jī)分子，從而獲得不同插層物質(zhì)與高嶺石的插層化合物的高嶺石插層方法。
為達(dá)到上述目的本發(fā)明采用的制備方法是將含有氨基、酰胺基、羥基、羧基或磺?；钚怨倌芑鶊F(tuán)的有機(jī)小分子溶于蒸餾水配制成5～16.7mol/L的溶液；將高嶺石粉碎后過100目篩，以1∶15～30的質(zhì)量比加入上述溶液中，分散均勻得到混合液；將多頻聲化學(xué)發(fā)生器的發(fā)生頭放入混合液，在攪拌狀態(tài)下，以15KHz、25KHz、35KHz的超聲頻率對(duì)其進(jìn)行聲化學(xué)插層，超聲作用時(shí)間為0.5～4小時(shí)；將經(jīng)過聲化學(xué)插層后的溶液過濾，經(jīng)過自然干燥即可。
本發(fā)明含有氨基活性官能基團(tuán)的有機(jī)小分子為二乙醇胺、三乙醇胺、乙二胺；含有酰胺基活性官能基團(tuán)的有機(jī)小分子為二甲基甲酰胺、丙烯酰胺、尿素以及水解后形成酰胺基的丙烯腈；含有羥基活性官能基團(tuán)的有機(jī)小分子為如乙二醇，異丙醇；含有羧基活性官能基團(tuán)的有機(jī)小分子為醋酸鉀、醋酸銫、冰醋酸、丙烯酸；含有磺?；钚怨倌芑鶊F(tuán)的有機(jī)小分子為二甲基亞砜、二甲基硒亞砜。
由于本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)多種物質(zhì)對(duì)高嶺石的插層反應(yīng)，且插層時(shí)間短，插層率較高，插層后層間距大，工藝操作簡(jiǎn)單，為制備以高嶺土為基礎(chǔ)的有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合材料，提高嶺石的離子吸附量提供一個(gè)更為簡(jiǎn)便易行的方法。
附圖是本發(fā)明實(shí)施例1的X-射線衍射圖，其中橫坐標(biāo)為2θ角，單位為“度”，縱坐標(biāo)為衍射強(qiáng)度，單位為“cps”，d為高嶺石晶體的層間距，單位為“nm”。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1將二甲基亞砜溶于蒸餾水配制成10.7mol/L的溶液；將過100目篩的高嶺石按1∶20的質(zhì)量比加入上述溶液中，分散均勻，將多頻聲化學(xué)發(fā)生器的發(fā)生頭放入上述溶液中，在攪拌狀態(tài)下，分別在超聲頻率為25KHz下反應(yīng)1小時(shí)和超聲頻率35KHz下反應(yīng)2小時(shí)。然后過濾溶液，經(jīng)過自然干燥即得到二甲基亞砜插層的高嶺石插層化合物。將獲得的插層化合物采用X-衍射分析儀分析。
參見附圖，用二甲基亞砜插層高嶺石的插層化合物的X-衍射分析圖，圖中a表示在超聲頻率為25KHz下反應(yīng)1小時(shí)后得到的插層化合物的X-衍射分析圖，圖中b表示在超聲頻率為35KHz下反應(yīng)2小時(shí)后得到的插層化合物的X-衍射分析圖。插層率的計(jì)算采用公式(1)進(jìn)行。
Q＝A1.10419/(A1.10419+A0.70418)×100％(1)其中Q為插層率、A1.10419為d值在1.10419時(shí)晶面所對(duì)應(yīng)的衍射峰的積分面積、A0.70418為d值在0.70418時(shí)晶面所對(duì)應(yīng)的衍射峰的積分面積。
從圖中可以看出，在超聲頻率為25KHz下反應(yīng)1小時(shí)后高嶺石的層間距由0.70418納米增加到1.10419納米。經(jīng)過計(jì)算，插層率為85.93％，而在超聲頻率為35KHz下反應(yīng)2小時(shí)后得到的插層化合物插層率達(dá)到了100％。
實(shí)施例2將二乙醇胺溶于蒸餾水配制成5mol/L的溶液；將高嶺石粉碎后過100目篩，以1∶30的質(zhì)量比加入上述溶液中，分散均勻得到混合液；將多頻聲化學(xué)發(fā)生器的發(fā)生頭放入混合液中，在攪拌狀態(tài)下，以15KHz的超聲頻率對(duì)其進(jìn)行聲化學(xué)插層，超聲作用時(shí)間為4小時(shí)；將經(jīng)過聲化學(xué)插層后的溶液過濾，經(jīng)過自然干燥即得到二乙醇胺插層的高嶺石插層化合物。
實(shí)施例3將三乙醇胺溶于蒸餾水配制成16.7mol/L的溶液；將高嶺石粉碎后過100目篩，以1∶20的質(zhì)量比加入上述溶液中，分散均勻得到混合液；將多頻聲化學(xué)發(fā)生器的發(fā)生頭放入混合液中，在攪拌狀態(tài)下，以25KHz的超聲頻率對(duì)其進(jìn)行聲化學(xué)插層，超聲作用時(shí)間為0.8小時(shí)；將經(jīng)過聲化學(xué)插層后的溶液過濾，經(jīng)過自然干燥即得到三乙醇胺插層的高嶺石插層化合物。
實(shí)施例4將二甲基甲酰胺溶于蒸餾水配制成8mol/L的溶液；將高嶺石粉碎后過100目篩，以1∶18的質(zhì)量比加入上述溶液中，分散均勻得到混合液；將多頻聲化學(xué)發(fā)生器的發(fā)生頭放入混合液中，在攪拌狀態(tài)下，以35KHz的超聲頻率對(duì)其進(jìn)行聲化學(xué)插層，超聲作用時(shí)間為1小時(shí)；將經(jīng)過聲化學(xué)插層后的溶液過濾，經(jīng)過自然干燥即得到二甲基甲酰胺插層的高嶺石插層化合物。
實(shí)施例5將尿素溶于蒸餾水配制成12mol/L的溶液；將高嶺石粉碎后過100目篩，以1∶15的質(zhì)量比加入上述溶液中，分散均勻得到混合液；將多頻聲化學(xué)發(fā)生器的發(fā)生頭放入混合液中，在攪拌狀態(tài)下，以35KHz的超聲頻率對(duì)其進(jìn)行聲化學(xué)插層，超聲作用時(shí)間為3小時(shí)；將經(jīng)過聲化學(xué)插層后的溶液過濾，經(jīng)過自然干燥即得到尿素插層的高嶺石插層化合物。
實(shí)施例6將乙二醇溶于蒸餾水配制成15mol/L的溶液；將高嶺石粉碎后過100目篩，以1∶23的質(zhì)量比加入上述溶液中，分散均勻得到混合液；將多頻聲化學(xué)發(fā)生器的發(fā)生頭放入混合液中，在攪拌狀態(tài)下，以25KHz的超聲頻率對(duì)其進(jìn)行聲化學(xué)插層，超聲作用時(shí)間為1.5小時(shí)；將經(jīng)過聲化學(xué)插層后的溶液過濾，經(jīng)過自然干燥即得到乙二醇插層的高嶺石插層化合物。
實(shí)施例7將異丙醇溶于蒸餾水配制成10mol/L的溶液；將高嶺石粉碎后過100目篩，以1∶28的質(zhì)量比加入上述溶液中，分散均勻得到混合液；將多頻聲化學(xué)發(fā)生器的發(fā)生頭放入混合液中，在攪拌狀態(tài)下，以15KHz的超聲頻率對(duì)其進(jìn)行聲化學(xué)插層，超聲作用時(shí)間為2小時(shí)；將經(jīng)過聲化學(xué)插層后的溶液過濾，經(jīng)過自然干燥即得到異丙醇插層的高嶺石插層化合物。
實(shí)施例8將醋酸銫溶于蒸餾水配制成9mol/L的溶液；將高嶺石粉碎后過100目篩，以1∶25的質(zhì)量比加入上述溶液中，分散均勻得到混合液；將多頻聲化學(xué)發(fā)生器的發(fā)生頭放入混合液中，在攪拌狀態(tài)下，以25KHz的超聲頻率對(duì)其進(jìn)行聲化學(xué)插層，超聲作用時(shí)間為3.5小時(shí)；將經(jīng)過聲化學(xué)插層后的溶液過濾，經(jīng)過自然干燥即得到醋酸銫插層的高嶺石插層化合物。
實(shí)施例9將冰醋酸溶于蒸餾水配制成16mol/L的溶液；將高嶺石粉碎后過100目篩，以1∶16的質(zhì)量比加入上述溶液中，分散均勻得到混合液；將多頻聲化學(xué)發(fā)生器的發(fā)生頭放入混合液中，在攪拌狀態(tài)下，以35KHz的超聲頻率對(duì)其進(jìn)行聲化學(xué)插層，超聲作用時(shí)間為0.5小時(shí)；將經(jīng)過聲化學(xué)插層后的溶液過濾，經(jīng)過自然干燥即得到冰醋酸插層的高嶺石插層化合物。
實(shí)施例10將二甲基硒亞砜溶于蒸餾水配制成6mol/L的溶液；將高嶺石粉碎后過100目篩，以1∶22的質(zhì)量比加入上述溶液中，分散均勻得到混合液；將多頻聲化學(xué)發(fā)生器的發(fā)生頭放入混合液，在攪拌狀態(tài)下，以15KHz的超聲頻率對(duì)其進(jìn)行聲化學(xué)插層，超聲作用時(shí)間為2.5小時(shí)；將經(jīng)過聲化學(xué)插層后的溶液過濾，經(jīng)過自然干燥即得到二甲基硒亞砜插層的高嶺石插層化合物。
本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)乙二醇、二甲基甲酰胺和二甲基亞砜等一系列物質(zhì)對(duì)較難插層的高嶺石進(jìn)行快速插層，且插層率較高。為制備以高嶺土為基礎(chǔ)的有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合材料，提高高嶺石的離子吸附量等提供一個(gè)更為簡(jiǎn)便易行的方法。
權(quán)利要求
1.一種高嶺石插層方法，其特征在于1)將含有氨基、酰胺基、羥基、羧基或磺?；钚怨倌芑鶊F(tuán)的有機(jī)小分子溶于蒸餾水配制成5～16.7mol/L的溶液；2)將高嶺石粉碎后過100目篩，以1∶15～30的質(zhì)量比加入上述溶液中，分散均勻得到混合液；3)將多頻聲化學(xué)發(fā)生器的發(fā)生頭放入混合液，在攪拌狀態(tài)下，以15KHz、25KHz、35KHz的超聲頻率對(duì)其進(jìn)行聲化學(xué)插層，超聲作用時(shí)間為0.5～4小時(shí)；4)將經(jīng)過聲化學(xué)插層后的溶液過濾，經(jīng)過自然干燥即可。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高嶺石插層方法，其特征在于所說(shuō)的含有氨基活性官能基團(tuán)的有機(jī)小分子為二乙醇胺、三乙醇胺、乙二胺。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高嶺石插層方法，其特征在于所說(shuō)的含有酰胺基活性官能基團(tuán)的有機(jī)小分子為二甲基甲酰胺、丙烯酰胺、尿素以及水解后形成酰胺基的丙烯腈。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高嶺石插層方法，其特征在于所說(shuō)的含有羥基活性官能基團(tuán)的有機(jī)小分子為如乙二醇，異丙醇。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高嶺石插層方法，其特征在于所說(shuō)的含有羧基活性官能基團(tuán)的有機(jī)小分子為醋酸鉀、醋酸銫、冰醋酸、丙烯酸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高嶺石插層方法，其特征在于所說(shuō)的含有磺?；钚怨倌芑鶊F(tuán)的有機(jī)小分子為二甲基亞砜、二甲基硒亞砜。
全文摘要
一種高嶺石插層方法，將含有氨基、酰胺基、羥基、羧基或磺酰基活性官能基團(tuán)的有機(jī)小分子溶于蒸餾水配制成5～16.7mol/L的溶液；將高嶺石粉碎后過100目篩，以1∶15～30的質(zhì)量比加入上述溶液中，分散均勻得到混合液；將多頻聲化學(xué)發(fā)生器的發(fā)生頭放入混合液，在攪拌狀態(tài)下，對(duì)其進(jìn)行聲化學(xué)插層；將經(jīng)過聲化學(xué)插層后的溶液過濾，經(jīng)過自然干燥即可。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)乙二醇、二甲基甲酰胺和二甲基亞砜等一系列物質(zhì)對(duì)較難插層的高嶺石進(jìn)行快速插層，且插層率較高，為制備以高嶺土為基礎(chǔ)的有機(jī)－無(wú)機(jī)復(fù)合材料，提高高嶺石的離子吸附量等提供一個(gè)更為簡(jiǎn)便易行的方法。
文檔編號(hào)C01B33/00GK1544326SQ20031010592
公開日2004年11月10日 申請(qǐng)日期2003年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月17日
發(fā)明者曹麗云, 黃劍鋒 申請(qǐng)人:陜西科技大學(xué)