專利名稱：微波法快速剝離層狀無機材料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種剝離層狀無機材料的快速方法，屬于無機超細片層材料的制備領域。
背景技術：
微波是一種具有極高頻率(300MHz 300GHz)，波長很短(通常為1mm 0. lm)的電磁波。微波加熱作為是一項新技術，它具有眾多其他加熱方法無法比擬的優(yōu)點包括清潔、高效、耗能少、污染低等特點。隨著微波輻射技術的發(fā)展，其應用已從傳統(tǒng)的軍事和通訊領域擴展到工業(yè)，農(nóng)業(yè)，生物制藥，制備新型材料等許多領域，在化學的各個領域及分支領域得到了廣泛應用。利用微波的"內加熱"作用，使被加熱物體在不同深度同時產(chǎn)生熱，該方法具有加熱速度快(反應速率大大加快，可以提高幾十甚至幾百倍)，和加熱均勻等特點。微波能促進化學反應可能是因為微波頻率與分子轉動頻率相近，微波被極性分子吸收時，會與分子平動能發(fā)生自由交換，降低了反應活化能，改變了反應動力學，從而促進了反應進程。在微波輻射作用下，反應溫度急劇升高，引起插層劑迅速揮發(fā)，在層狀材料的層間短時間內產(chǎn)生巨大的內壓，迫使層間庫侖力降低，導致層狀結構崩解，起到類似于"小炸彈"的作用，從而達到對層狀材料進行剝離粉碎的目的。在微波中存在著用熱力學方法得不到的高能態(tài)的原子、分子和離子，因而可以使一些在熱力學上較難進行甚至不能進行的反應得以發(fā)生。 層狀無機材料(高嶺土，蒙脫土及陰離子型黏土等)是很重要的非金屬礦物材料。其中高嶺土主要用于造紙、橡膠、陶瓷、顏料、水泥、建材、耐火材料等行業(yè)；蒙脫土是一種天然納米粉體，具有高度的膠體性、可塑性和粘結力。其吸水性很強，加水膨脹，體積可增加幾倍到十幾倍，是組成膨潤土的主要成分?？捎米縻@探泥漿，鑄型砂和鐵礦球團的粘合劑，造紙、橡膠、化妝品的填充劑，紡織和石油工業(yè)中作吸收劑、石油脫色和裂化催化劑的原料；陰離子型粘土 (又稱水滑石或類水滑石)在吸附、催化、醫(yī)藥、電化學、光化學、農(nóng)藥、軍工材料等許多領域已經(jīng)或即將展現(xiàn)出極為廣闊的應用前景。在以上行業(yè)的許多高檔產(chǎn)品的生產(chǎn)中，對原材料粒度的要求越來越高，因此層狀無機材料材料的剝離顯得尤為重要。
層狀無機材料的剝片技術有機械研磨剝片法和化學剝離法，單靠機械研磨方法的缺點是過度研磨會破壞無機材料的晶體結構，導致其產(chǎn)品性能不佳，同時機械法的耗能較大；化學剝離的原理是利用插層作用使層狀無機材料層間膨脹，鍵合力大為減弱，除去插層客體后，原來堆垛的片狀層狀無機材料就自然分解成小片狀的無機材料，達到自然剝離的目的。Tsunematasu等對高嶺土 -尿素插層復合物用研磨法使高嶺土剝離，然而形成的顆粒處于微米、亞微米級，達不到納米尺度，而且絕大部分成為非晶態(tài)顆粒的團聚體，破壞了高嶺石原有的晶體結構；由于超聲波可產(chǎn)生局部超高溫、超高壓，并且超聲空化作用產(chǎn)生很高的空化能，造成固體表面顆粒間的劇烈碰撞，使顆粒尺寸減小，F(xiàn)ranco等人用超聲處理水和高嶺土的混合物，可達到良好剝片效果，且晶體結構保持良好，但所需時間較長，難以實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內容
本發(fā)明是提供一種快速剝離層狀無機材料的方法。本發(fā)明首先將有機分子插入到層狀高嶺土層間，制備層狀無機材料有機插層復合物，然后在微波條件下處理層狀無機材料有機插層復合物，由于微波可快速均勻加熱，反應溫度急劇升高，使得插層劑迅速分解或蒸發(fā)，形成強大的瞬間內壓，導致層狀高嶺土自然剝離。 現(xiàn)詳細說明本發(fā)明的詳細內容，一種快速剝離層狀無機材料的方法，其特征在于它的步驟如下 第一步制備層狀無機材料有機插層復合物 取適量的層狀無機材料和有機插層劑，采用溶液插層法將有機插層劑插入到層狀
無機材料的層間，洗滌，干燥后即得制備層狀無機材料有機插層復合物。
第二步快速剝離層狀無機材料 將上述制備的層狀無機材料有機插層復合物固體，或者將層狀無機材料有機插層復合物加入到合適的溶液中，然后在微波的條件下，短時間內使其層間的有機物分解或蒸發(fā)，從層狀無機材料的層間逸出，使其剝離。
第三步成品制備 將上述得到的層狀無機材料干燥，研磨后得到層狀無機材料的剝離產(chǎn)物。
與背景技術相比，本發(fā)明具有下述效果
1.剝離速度快 采用微波技術處理層狀無機材料有機插層復合物，使層狀無機材料層間的有機物在短時間內分解成氣體或蒸發(fā)從層間逸出，使層狀無機材料快速剝離。
2.剝離能耗低 采用微波技術處理層狀無機材料有機插層復合物，所需時間短，就能使層狀無機材料層間的有機物完全分解成氣體并逸出，使層狀無機材料剝離，該過程所需能耗低。
3.剝離效率高 采用微波技術處理層狀無機材料有機插層復合物，不僅需要時間短而且剝離后的片層厚度薄，與以往的方法相比大大減小。
4.剝離效果好 采用微波的條件下，處理層狀無機材料有機插層復合物，不僅能有效剝離層狀無機材料，而且還能保持層狀無機材料良好的晶體結構。


圖1為高嶺土原土 (a)、高嶺土-肼插層復合物(b)和采用微波法處理剝離后的高嶺土 (c)的XRD譜圖。
具體實施例方式
現(xiàn)結合以具體實施例對本發(fā)明進一步詳細描述
實施實例1 第一步制備高嶺土 _肼插層復合物
稱取5g高嶺土，置于燒瓶中，然后再加入30ml水合肼溶液(濃度約為80%)，在
室溫下攪拌24h，離心分離后去除多余溶液，在6(TC真空下干燥，即得高嶺土 -肼插層復合
物，其插層率為82.7%。 第二步微波法快速剝離高嶺土 將上述制備的高嶺土-肼插層復合物固體lg放入塑料燒杯中，置于家用微波爐中強火處理5min后取出，使高嶺土達到自然剝片。
第三步成品 將上述得到的剝離產(chǎn)物進行分析測定，測得其晶粒厚度由原來的30nm減小到8. 6nm，總失重量也由高嶺土原土的11.8%增加到13.4%。
實施例2 第一步制備水滑石_甲酰胺插層復合物 (1)將一定量的NaOH、NaC03堿溶液和物質量之比為2 : 1的MgS04、Al (N03) 3 *9H20的鹽溶液在室溫下迅速于旋轉液膜中成核，將得到的漿液在IO(TC晶化6h，離心分離，將濾餅洗滌至pH < 8，7(TC干燥24h，得到鎂鋁水滑石。 (2)取O. 4g鎂鋁水滑石與一定濃度的甲酰胺溶液置于三口燒瓶，在6(TC氮氣氛圍保護條件下回流攪拌10h，抽濾洗滌后，5(TC真空干燥3h得到所需樣品。即為水滑石-甲酰胺插層復合物。 第二步快速剝離水滑石 將上述制備的水滑石_醋酸插層復合物lg，放入微波爐中加熱，使水滑石自然剝片。
第二步成品
將上述得到的剝離產(chǎn)物進行分析測定'
5-15nm
J得其晶粒厚度由原來的30-40nm減小到
:脫土，共同置于燒瓶中，在85t:條件下
實施實例3
第一步制備蒙脫土 _尿素插層復合物稱取尿素20g配成30ml溶液，稱取5g攪拌24h，離心分離后去除多余溶液，再用去離子水清洗所得樣品，6(TC下干燥，即得蒙脫土 _尿素插層復合物，其插層率為35% 。
第二步微波法快速剝離蒙脫土 將上述制備的蒙脫土-尿素插層復合物固體lg放入塑料燒杯中，置于家用微波爐中強火處理5min后取出，使蒙脫土達到自然剝片。
第三步成品 將上述得到的剝離產(chǎn)物進行分析測定，測得其晶粒厚度約減小十幾個納米。
權利要求
一種快速剝離層狀無機材料的方法，其特征在于主要是在層狀無機材料中插入能破壞或減弱無機材料層間作用力的有機插層劑，形成層狀無機材料插層復合物，然后取其固體在微波的條件下，短時間內發(fā)生強烈的物理作用和化學反應，導致無機材料層間作用力的破壞，最后得無機材料的剝離產(chǎn)物。
2. 根據(jù)權利要求1所述的剝離無機材料的快速方法，其特征在于無機材料包括至少一 種的高嶺石族粘土 、海泡石族粘土 、蒙皂石族粘土 、水云母族粘土 、埃洛族粘土 、綠泥石族粘 土、水滑石類、層狀磷酸鹽類、層狀金屬氧化物、層狀金屬硫化物和層狀石墨材料，優(yōu)選為高 嶺土。
3. 根據(jù)權利要求1所述的剝離高嶺土的快速方法，其特征在于插入到高嶺土層間的插 層物可以是任意一種尿素，肼，醋酸鉀，二甲基亞砜，聚合物，AC(偶氮二甲酰胺)和0BSH(4， 4'-氧代雙苯磺酰肼)等，可以是上述物質的衍生物，也可以是上述物質的混合物。
4. 根據(jù)權利要求2所述的快速剝離水滑石的方法，其特征在于插入到水滑石層間的插 層物可以是任意一種功能性有機陰離子，如0BSH(4，4'-氧代雙苯磺酰肼)、DNA、氨基酸、殺 蟲劑、植物生長激素和藥物分子等。
5. 根據(jù)權利要求2所述的快速剝離蒙脫土的方法，其特征在于插入到蒙脫土層間的插 層物可以任意一種磷酸鹽類、石墨、金屬氧化物、二硫化物、三硫化磷絡合物、聯(lián)二脲、烷基 銨鹽、聚合物、AC(偶氮二甲酰胺)、0BSH(4，4' _氧代雙苯磺酰肼)、二甲基亞砜(匿S0)、乙 二醇、二甲基甲酰胺(DMF)、H20、丙酮、甲醇、乙醇、氯仿、氯苯、二氯乙烷、妣啶、四氫呋喃、乙 醚、乙酸、三氟乙酸、正戊醇、硝基甲烷、苯、甲苯、二甲苯、2-丙醇、甘油及石油醚等。
6. 根據(jù)權利要求1所述的快速剝離層狀粘土的方法，其特征在于處理層狀粘土插層復 合物的是在微波條件下。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種快速剝離層狀無機材料的方法。該方法是先制備層狀無機材料有機插層復合物，然后把層狀無機材料有機插層復合物固體，在微波的條件下，短時間內使其層間的有機物分解或蒸發(fā)，從層狀無機材料的層間逸出，從而使層狀無機材料快速剝離，最后分離、洗滌、干燥、研磨得到產(chǎn)品。該方法不僅能在短時間內使層狀無機材料剝離，而且還可保持層狀無機材料良好的晶體結構，使層狀無機材料現(xiàn)有的用途產(chǎn)生質的提高，使其價值倍增。
文檔編號C01B33/00GK101734679SQ200810226838
公開日2010年6月16日 申請日期2008年11月18日 優(yōu)先權日2008年11月18日
發(fā)明者朱甲子, 許穎, 郭燦雄 申請人:北京化工大學