專利名稱：水合肼-高嶺石插層復(fù)合物制備0.84nm水合高嶺石的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備水合高嶺石的方法，尤其是涉及一種水合肼-高嶺石插層復(fù)合物制備0. 84nm水合高嶺石的方法 。
背景技術(shù)：
高嶺石是一種重要的非金屬礦產(chǎn)資源，主要由微小片狀、管狀、疊片狀等高嶺石族礦物組成，工業(yè)上廣泛用于造紙、陶瓷、油漆、橡膠、塑料、石油化工等領(lǐng)域。在高嶺石層間插入一些功能性分子等形成插層復(fù)合物，一直是高嶺石行業(yè)研究的熱點(diǎn)，在電化學(xué)、藥物傳遞、聚合物納米復(fù)合材料、催化劑等領(lǐng)域具有較大的科研和應(yīng)用價(jià)值。由于高嶺石(Al2Si2O5(OH)4)是一種典型的1:1型層狀硅酸鹽，層與層間通過鋁羥基和硅氧基之間形成的氫鍵相連。一方面，層狀結(jié)構(gòu)中存在大量的羥基活性基團(tuán)，當(dāng)高嶺石與其它物質(zhì)形成復(fù)合體系時(shí)，在一定條件下，某些物質(zhì)(原子、離子或分子)可以克服層間的作用力可逆地插入層間空隙，而不破壞其原有的層狀結(jié)構(gòu)；另一方面，由于高嶺石晶層內(nèi)部缺乏同形置換，結(jié)構(gòu)單元層間沒有陽離子，因此高嶺石的陽離子交換能力很弱，且高嶺石層間存在較強(qiáng)的氫鍵，一般物質(zhì)很難進(jìn)入高嶺石層間，只有少數(shù)極性較強(qiáng)的有機(jī)小分子如醋酸鉀、水合肼、甲酰胺、二甲亞砜、尿素等能夠直接插層高嶺石，其他分子只能通過多次置換等方式進(jìn)入高嶺石層間。因而制備時(shí)間長(zhǎng)、工藝相對(duì)復(fù)雜。為此，杜丕一等人研究制備了一種水合高嶺石(專利，申請(qǐng)?zhí)?01010599690. 9和論文Chinese Journal of Inorganic Chemistry, 27 (6) 2011，1121-1127),以此作為一種制備高嶺石插層復(fù)合物的前驅(qū)體，對(duì)一些不能直接在高嶺石層中插層的有機(jī)分子，已經(jīng)報(bào)道如乙二醇、丙酮、嘧啶、甘油、氨基酸等，可以通過水合高嶺石直接與這些有機(jī)分子作用，形成穩(wěn)定的插層復(fù)合物。在這一研究中，通過將高嶺石和尿素進(jìn)行作用形成高嶺石-尿素插層復(fù)合物，再在水溶液中通過水與層間尿素的交換作用，水直接置換尿素-高嶺石插層復(fù)合物的層間尿素，制備得到水合高嶺石。顯然，這是一種環(huán)境友好型插層前驅(qū)體，某些極性較強(qiáng)并可用來直接插層的有機(jī)小分子如二甲基亞砜等都有較強(qiáng)的毒性，會(huì)造成一定的環(huán)境污染；而這種水合高嶺石，其本身是一種水合產(chǎn)物，因而作為進(jìn)一步制備各種其它插層化合物的前驅(qū)體，對(duì)下游環(huán)節(jié)不會(huì)造成任何環(huán)境污染，因此它是一種對(duì)環(huán)境非常友好的用于制備各種相關(guān)插層化合物的產(chǎn)品，必將具有廣泛的應(yīng)用前景和潛在的市場(chǎng)。然而,就本身制備水合高嶺石來看,這種水洗置換法制備水合高嶺石并不是一種最佳的制備方法，相對(duì)其工藝步驟比較繁瑣，制備周期也較長(zhǎng)。這是因?yàn)槔媚蛩?高嶺石插層復(fù)合物體系為中間相制備水合高嶺石，需要通過控制尿素脫離層間的脫嵌與水的進(jìn)入同時(shí)進(jìn)行，且要求控制水進(jìn)入層間的速度與尿素脫嵌速度接近以形成較高含量(約占高嶺石總含量50飛0%)的水合高嶺石。所以，這種制備方法相對(duì)制備條件比較苛刻，要求比較高；且這種高嶺石-尿素插層復(fù)合物前驅(qū)體相對(duì)形成時(shí)間較長(zhǎng)，因而整個(gè)水合高嶺石的制備周期相對(duì)也較長(zhǎng)，形成的水合高嶺石的含量也有待提高。人們?cè)谘芯侩?高嶺石插層復(fù)合物時(shí)發(fā)現(xiàn)，肼分子在溶液中只能以水合肼的形式存在，而在水合肼-高嶺石插層復(fù)合物中的肼分子也是以水合肼形式存在于高嶺石層間。這一結(jié)果給人們指明了新的探索方向顯然，如果能通過直接利用這種層間水合肼中的水分子以制備水合高嶺石，也即如果能將這種水合肼-高嶺石插層復(fù)合物在一定的條件下進(jìn)行分解以排除肼而保留水分子在層間，直接獲得水合高嶺石的話，則水合高嶺石的制備過程和制備工藝有望得到大幅度的簡(jiǎn)化；更進(jìn)一步，作為一種對(duì)環(huán)境非常友好的用于制備各種相關(guān)插層化合物的中間化合物，由于工藝的改善和制備效率的提高，必將得到更好的推廣和具有更廣泛的應(yīng)用前景。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種水合肼-高嶺石插層復(fù)合物制備0. 84nm水合高嶺石的方法。利用水合肼與高嶺石反應(yīng)生成水合肼-高嶺石插層復(fù)合物，之后在適當(dāng)溫度下加
熱處理獲得了 0. 84nm水合高嶺石。本發(fā)明采用的技術(shù)方案的步驟如下
I)將高嶺石放入盛有水合肼的密封玻璃容器中，高嶺石與水合肼的重量比為廣3:40，在常溫下磁力攪拌24tT48h，得到水合肼-高嶺石插層復(fù)合物和水合肼的混合物；
2)將水合肼-高嶺石插層復(fù)合物和水合肼的混合物，在離心機(jī)上離心后去除上層液體；再加入無水乙醇混合均勻后，再次離心，洗去多余的水合肼，獲得肼-高嶺石插層復(fù)合物；
3)將水合肼-高嶺石插層復(fù)合物在4(T80°C處理flh，使層間水合肼直接分解得到
0.84nm水合高嶺石的粉末。所述的0. 84nm水合高嶺石的粉末的層間距Clcicil從原高嶺石的0. 72nm擴(kuò)大到了
0.84nm,0. 84nm水合高嶺石的粉末含量達(dá)到80% 90% ;其中水合肼分解后留下的水分子穩(wěn)定嵌入在高嶺石硅氧四面體復(fù)方三孔空隙中。本發(fā)明與背景技術(shù)相比具有的有益效果是
I、采用水合肼-高嶺石插層復(fù)合物為制備水合高嶺石的前驅(qū)體，只需要經(jīng)過簡(jiǎn)單混合攪拌，即可得到前驅(qū)體，工藝簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備要求低，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。2、水合肼-高嶺石插層復(fù)合物制備水合高嶺石的熱處理過程簡(jiǎn)單，制備溫度低，處理時(shí)間短，獲得的水合高嶺石含量高，只需要在4(T60°C處理flh就可以制備得到含量約為90%的水合聞嶺石，且獲得的水合聞嶺石在空氣中穩(wěn)定，易于生廣、運(yùn)輸和使用。3、制備這種0. 84nm水合高嶺石所采用的原料只有高嶺石、水合肼，制備過程對(duì)環(huán)境無污染。本發(fā)明制備的0. 84nm水合高嶺石中只含有水分子，不會(huì)造成二次環(huán)境污染，是一種制備其他高嶺石插層復(fù)合物的環(huán)保型前驅(qū)體，具有廣闊的應(yīng)用前景。
附圖是按不同重量比反應(yīng)得到的水合肼-高嶺石插層復(fù)合物，在不同溫度下處理不同時(shí)間得到的水合高嶺石的X射線衍射圖。附圖中
(a)按重量比2 40制備得到的水合肼-高嶺石插層復(fù)合物在40°C下處理8h后樣品的XRD。(b)按重量比I :40制備得到的水合肼-高嶺石插層復(fù)合物在57°C下處理4h后樣品的XRD。(C)按重量比3 :40制備得到的水合肼-高嶺石插層復(fù)合物在60°C下處理2h后樣品的XRD。(d)按重量比I. 6 40制備得到的水合肼-高嶺石插層復(fù)合物在75°C下處理I. 5h后樣品的XRD。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I :
a、稱取高嶺石lg，量取水合肼20ml，放入密閉的玻璃容器中混合，在常溫下，在磁力攪拌器上攪拌24h，得到水合肼-高嶺石插層復(fù)合物和水合肼的混合物。b、將混合物離心，去除上層液體后，加入無水乙醇，混合均勻后，再次離心，重復(fù)一次，洗去多余的水合肼，獲得水合肼-高嶺石插層復(fù)合物；
C、將水合肼-高嶺石插層復(fù)合物在40°C下處理8h。按上述步驟制備得到的水合高嶺石X射線衍射圖I (a)，其層間距從原石的0. 72nm擴(kuò)大到0. 84nm,得到的水合高嶺石含量為87%。如圖1(a)所示。實(shí)施例2
a、稱取高嶺石0. 5g，量取水合肼20ml，放入密閉的玻璃容器中混合，在常溫下，在磁力攪拌器上攪拌36h，得到水合肼-高嶺石插層復(fù)合物和水合肼的混合物。b、將混合物離心，去除上層液體后，加入無水乙醇，混合均勻后，再次離心，重復(fù)一次，洗去多余的水合肼，獲得水合肼-高嶺石插層復(fù)合物；
C、將水合肼-高嶺石插層復(fù)合物57°C下處理4h。按上述步驟制備得到的水合高嶺石X射線衍射圖I (b)，其層間距從原石的0. 72nm擴(kuò)大到0. 84nm,得到的水合高嶺石含量為87%。如圖1(b)所示。實(shí)施例3
a、稱取高嶺石I. 5g，量取水合肼20ml，放入密閉的玻璃容器中混合，在常溫下，在磁力攪拌器上攪拌48h，得到水合肼-高嶺石插層復(fù)合物和水合肼的混合物。b、將混合物離心，去除上層液體后，加入無水乙醇，混合均勻后，再次離心，重復(fù)一次，洗去多余的水合肼，獲得水合肼-高嶺石插層復(fù)合物；
C、將水合肼-高嶺石插層復(fù)合物在60°C下處理2h。按上述步驟制備得到的水合高嶺石X射線衍射圖I (C)，其層間距從原石的0. 72nm擴(kuò)大到0. 84nm,得到的水合高嶺石含量為83%。如圖1(c)所示。實(shí)施例4
a、稱取高嶺石0. Sg，量取水合肼20ml，放入密閉的玻璃容器中混合，在常溫下，在磁力攪拌器上攪拌32h，得到肼-高嶺石插層復(fù)合物和水合肼的混合物。b、將混合物離心，去除上層液體后，加入無水乙醇，混合均勻后，再次離心，重復(fù)一次，洗去多余的水合肼，獲得肼-高嶺石插層復(fù)合物；
C、將水合肼-高嶺石插層復(fù)合物在75°C下處理I. 5h。
按上述步驟制備得到的水合高嶺石X射線衍射圖I (d)，其層間距從原石的0. 72nm 擴(kuò)大到0. 84nm,得到的水合高嶺石含量為88%。如圖1(d)所示。
權(quán)利要求
1.一種水合肼-高嶺石插層復(fù)合物制備O. 84nm水合高嶺石的方法，其特征在于該方法的步驟如下I)將高嶺石放入盛有水合肼的密封玻璃容器中，高嶺石與水合肼的重量比為廣3:40， 在常溫下磁力攪拌24tT48h，得到水合肼-高嶺石插層復(fù)合物和水合肼的混合物；2)將水合肼-高嶺石插層復(fù)合物和水合肼的混合物，在離心機(jī)上離心后去除上層液體；再加入無水乙醇混合均勻后，再次離心，洗去多余的水合肼，獲得肼-高嶺石插層復(fù)合物；3)將水合肼-高嶺石插層復(fù)合物在4(T80°C處理flh，使層間水合肼直接分解得到O.84nm水合高嶺石的粉末。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種水合肼-高嶺石插層復(fù)合物制備O.84nm水合高嶺石的方法，其特征在于所述的O. 84nm水合高嶺石的粉末的層間距d·從原高嶺石的O. 72nm擴(kuò)大到了 O. 84nm,0. 84nm水合高嶺石的粉末含量達(dá)到80% 90% ;其中水合肼分解后留下的水分子穩(wěn)定嵌入在高嶺石硅氧四面體復(fù)方三孔空隙中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水合肼-高嶺石插層復(fù)合物制備0.84nm水合高嶺石的方法。將高嶺石粉末與水合肼按比例混合攪拌24~48h，得到水合肼-高嶺石插層復(fù)合物和多余的水合肼的混合物；混合物用無水乙醇離心清洗兩次后，得到水合肼-高嶺石插層復(fù)合物；最后將得到的復(fù)合物在40~80℃下熱處理8~1h即可得到0.84nm水合高嶺石，本發(fā)明制備的0.84nm水合高嶺石在空氣中能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定存在，被用來作為制備其他高嶺石插層復(fù)合物的前驅(qū)體。采用的原料對(duì)環(huán)境無污染，制備工藝簡(jiǎn)單快速，成本低，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C01B33/40GK102701229SQ20121019586
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月14日
發(fā)明者周璟, 宋晨路, 張溪文, 徐剛, 徐劍鋒, 杜丕一, 沈鴿, 程逵, 翁文劍, 趙高凌, 韓高榮, 馬寧 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)