本發(fā)明涉及一種離子液體協(xié)同高壓均質(zhì)處理制備單晶分散納米凹凸棒石的方法，屬于納米材料制備和非金屬礦深加工技術領域。

背景技術：

我國凹凸棒石黏土資源豐富，但利用水平和產(chǎn)品附加值不高，主要原因是天然形成的凹凸棒石棒晶以棒晶束形式聚集。凹凸棒石棒晶長約1~5μm，直徑約20~70nm，是一種天然的一維納米材料，但較強的氫鍵和靜電作用力，使天然凹凸棒石棒晶大多以鳥巢狀或柴垛狀聚集。多年來，主要采用高速攪拌、超聲、對輥、碾磨和冷凍等傳統(tǒng)處理方式對凹凸棒石棒晶束進行解離，但傳統(tǒng)方法只能部分解離棒晶束，同時會損傷凹凸棒石晶體固有的長徑比，影響凹凸棒石納米性能的應用。如何在不損傷棒晶長徑比前提下，高效解離棒晶束不僅是制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關鍵共性問題，而且也是一個世界性的難題。

目前凹凸棒石晶束的解聚方法主要有干法和濕法兩大類。干法工藝較簡單，設備要求不高，但總體解離效果不佳，而且干法處理過程中較強的機械力對棒晶損傷嚴重。相比之下，濕法是對棒晶損傷較小，是一種解聚凹凸棒石棒晶束聚集體的有效方法。us6130179以聚丙烯酸鈉為分散劑，采用水化法對凹凸棒石實現(xiàn)有效分散，是頗具代表性的濕法工藝。近年來，用超聲波、機械攪拌、濕法球磨等對凹凸棒石進行納米化處理引起廣泛關注。其中，由于超聲波可以傳遞到晶束內(nèi)部形成空穴，有利于棒晶束解離，所以超聲波比其他方法解離效果要好，但僅用超聲處理也仍然難以達到單晶分散，而且超聲波很難規(guī)?；瘧谩Ｒ虼?，凹凸棒石棒晶束解離工藝一直受到學術和工業(yè)界的廣泛關注。

離子液體是指全部由離子組成的液體，是一種環(huán)境友好型的溶劑，對無機物、有機物及聚合物均具備良好的溶解性或分散性，被稱為“綠色溶劑”。高壓均質(zhì)技術是一種通過高壓均質(zhì)機來實現(xiàn)的細化分散技術。被均質(zhì)物料通過高壓均質(zhì)機閥座與閥桿間大小可調(diào)的間隙時可形成空穴、剪切和碰撞效應，在晶束內(nèi)部產(chǎn)生由內(nèi)向外的作用力，克服棒晶間氫鍵和范德華力作用，從而使晶束和聚集體解聚，同時可以強化分散劑與凹凸棒石晶束的相互作用，是一種可連續(xù)生產(chǎn)的、適合于工業(yè)化的高效解離棒晶束的新技術。近年來，有用離子液體和凹凸棒石制備催化劑的專利公開（cn104399527b），也有用離子液體改變凹凸棒石表面親疏性質(zhì)的專利公開（cn101469145），但還沒有利用離子液體特殊的電荷特性，協(xié)同高壓均質(zhì)解聚凹凸棒石晶束制備單晶分散納米凹凸棒石的研究報道和技術應用先例。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種離子液體協(xié)同高壓均質(zhì)處理制備單晶分散納米凹凸棒石的方法，通過離子液體和高壓均質(zhì)過程的有效結合，提高凹凸棒石晶束的解聚效率，同時有效防止解離棒晶的二次聚集，在室溫條件下制備出單晶分散的納米凹凸棒石，促進凹凸棒石在塑料、橡膠、膜、催化劑、功能復合材料等領域的高值化利用。

本發(fā)明的原理是：利用離子液體特殊的雙離子特性使凹凸棒石棒晶間的作用力減弱，再利用高壓均質(zhì)作用產(chǎn)生的空穴和剪切作用在晶束內(nèi)部產(chǎn)生由內(nèi)向外的力使棒晶束拆開成納米棒晶，由于力的方向平行于氫鍵和范德華力的方向，所以可以很溫和地克服棒晶間的作用力，在保持原有長徑比的前提下有效提高解離效率，得到具有較高長徑比和較好分散性能的納米凹凸棒石。

本發(fā)明的具體方法：是將凹凸棒石原礦經(jīng)破碎處理，加入離子液體的乙醇/甲醇溶液中混合均勻后先進行輥壓處理，再轉至密閉容器內(nèi)悶放6~24h，使離子液體與凹凸棒石充分作用；然后將凹凸棒石和離子液體混合物直接分散到水中，充分攪拌處理形成質(zhì)量濃度5~20%的懸浮液，過400目篩后在5~40mpa壓力下進行高壓均質(zhì)處理，得到的固體經(jīng)分離，烘干，粉碎，得到納米凹凸棒石。

其中，離子液體為1-乙基-3-甲基咪唑溴鹽、1-乙基-3-甲基咪唑氯鹽、1-乙基-3-甲基咪唑碘鹽、1-乙基-2,3-二甲基咪唑三氟甲磺酸鹽、1,2-二乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽、雙-三氟甲磺?；啺?1-甲基-3-辛基咪唑鎓、1,2-二甲基-3-乙基咪唑溴鹽、雙-三氟甲磺酰基亞胺-1-甲基-3-十二烷基咪唑、1,2-二甲基-3-乙基咪唑氯鹽、1,2-二甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸鹽中的至少一種。離子液體總量為凹凸棒石質(zhì)量的2.5~10%，離子液體在乙醇/甲醇溶液的質(zhì)量濃度為6~25%。

所述烘干是在微波功率為5~10kw，微波頻率2450hz的條件下烘干。

本發(fā)明產(chǎn)品的結構表征：通過x-射線粉末衍射（xrd）、掃描電子顯微鏡（sem）和透射電子顯微鏡（tem）證實一維黏土礦物解聚前后結構和形態(tài)變化。圖1為凹凸棒石原礦和本發(fā)明方法制備納米凹凸棒石的xrd圖譜。從圖1可以看出，凹凸棒石黏土原礦中含有凹凸棒石晶相和石英伴生礦，經(jīng)過本發(fā)明工藝處理后，凹凸棒石晶相的特征衍射峰強度沒有變化，表明凹凸棒石棒晶結構沒有被破壞。石英晶相的特征衍射峰明顯減弱說明該工藝的篩分處理有效去除了石英雜質(zhì)。圖2為凹凸棒石原礦（a）、高壓均質(zhì)處理凹凸棒石（b）和離子液體協(xié)同高壓均質(zhì)處理解聚凹凸棒石（c）的sem圖片。從附圖2a可以看出，凹凸棒石棒晶緊密地團聚在一起，以晶束和聚集體形式存在，原礦中沒有單分散的棒晶。從附圖2b可以看出，在不加離子液體進行處理后，雖然有獨立分散的棒晶出現(xiàn)，但仍有較多未解聚的晶束和聚集體。從附圖2c可以看出，經(jīng)過本發(fā)明工藝處理后，凹凸棒石晶束和聚集體消失，有大量單分散的凹凸棒石棒晶出現(xiàn)。與原礦相比，凹凸棒石棒晶的長度解聚后沒有明顯變化，說明離子液體對棒晶解聚和分散具有重要作用。在本發(fā)明工藝制備納米凹凸棒石的元素分布圖上可以明顯看到si元素的特征信號，但沒有c、n和s元素的信號出現(xiàn)，說明離子液體沒有殘留在產(chǎn)品中。

本發(fā)明相比現(xiàn)有技術具有以下優(yōu)點：

1.本發(fā)明利用離子液體特殊的電荷性質(zhì)，結合高壓均質(zhì)產(chǎn)生的空穴和剪切效應，將凹凸棒石晶束和聚集體高效解離成為單晶分散的納米凹凸棒石；

2.離子液體可以有效防止棒晶在分散過程中的二次團聚，但本身不會殘留在凹凸棒石產(chǎn)品中，產(chǎn)品性能優(yōu)異、純度高、質(zhì)量穩(wěn)定，可用于高分子材料補強、增稠和懸浮、功能載體等多個領域；

3.本發(fā)明的工藝簡單易行，不需要加熱，節(jié)能環(huán)保能，無廢液排放；可連續(xù)生產(chǎn)，同時將液體回收循環(huán)利用，效率高。

附圖說明

圖1為凹凸棒石原礦和本發(fā)明方法制備納米凹凸棒石的xrd圖譜。

圖2為凹凸棒石原礦和本發(fā)明方法制備納米凹凸棒石的sem圖。

具體實施方式

下面通過具體實施例對本發(fā)明制備單晶分散納米凹凸棒石的方法及產(chǎn)品性能作進一步說明。

實施例1

將50kg凹凸棒石原礦破碎處理后，加入19.5kg含1.25kg1-乙基-3-甲基咪唑溴鹽的乙醇/甲醇（v/v=1:1）溶液中，混合均勻后先經(jīng)對輥處理壓成片，再轉至密閉容器內(nèi)悶放24h，使離子液體與凹凸棒石充分作用；然后將凹凸棒石和離子液體混合物直接分散到980kg水中，充分攪拌處理形成約5%的懸浮液，過400目篩后，在5mpa下進行高壓均質(zhì)處理，得到的懸浮液壓濾處理，得到的濾餅在功率5kw，頻率為2450hz的微波作用下烘干，粉碎，得到米白色納米凹凸棒石。其掃描電鏡圖見圖2c。

實施例2

將50kg凹凸棒石原礦破碎處理后，加入15kg含5kg1,2-二甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸鹽的乙醇/甲醇（v/v=1:1）溶液，混合均勻后先經(jīng)對輥處理壓成片，再轉至密閉容器內(nèi)悶放6h，使離子液體與凹凸棒石充分作用；然后將凹凸棒石和離子液體混合物直接分散到250kg水中，充分攪拌處理形成20%的懸浮液，過400目篩后，在30mpa下進行高壓均質(zhì)處理，得到的懸浮液壓濾處理，得到的濾餅在功率10kw，頻率為2450hz的微波作用下烘干，粉碎，得到米白色納米凹凸棒石。其掃描電鏡圖見圖2c。

實施例3

將50kg凹凸棒石原礦破碎處理后，加入18kg含2kg1,2-二甲基-3-乙基咪唑氯鹽的乙醇/甲醇（v/v=1:1）溶液，混合均勻后先經(jīng)對輥處理壓成片，再轉至密閉容器內(nèi)悶放12h，使離子液體與凹凸棒石充分作用；然后將凹凸棒石和離子液體混合物直接分散到500kg水中，充分攪拌處理形成10%的懸浮液，過400目篩后，在40mpa下進行高壓均質(zhì)處理，得到的懸浮液壓濾處理，得到的濾餅在功率8kw，頻率為2450hz的微波作用下烘干，粉碎，得到米白色納米凹凸棒石。其掃描電鏡圖同2c。

實施例4

將50kg凹凸棒石原礦破碎處理后，加入19.5kg含1.25kg1-乙基-2,3-二甲基咪唑三氟甲磺酸鹽的乙醇/甲醇（v/v=1:1）溶液，混合均勻后先經(jīng)對輥處理壓成片，再轉至密閉容器內(nèi)悶放12h，使離子液體與凹凸棒石充分作用；然后將凹凸棒石和離子液體混合物直接分散到500kg水中，充分攪拌處理形成10%的懸浮液，過400目篩后，在20mpa下進行高壓均質(zhì)處理，得到的懸浮液壓濾處理，濾餅在功率10kw，頻率為2450hz的微波作用下烘干，粉碎，得到米白色納米凹凸棒石。其掃描電鏡圖同圖2c。

實施例5

將50kg凹凸棒石原礦破碎處理后，加入18kg含2.2kg1-乙基-3-甲基咪唑氯鹽的乙醇/甲醇（v/v=1:1）溶液，混合均勻后先經(jīng)對輥處理壓成片，再轉至密閉容器內(nèi)悶放16h，使離子液體與凹凸棒石充分作用；然后將凹凸棒石和離子液體混合物直接分散到300kg水中，充分攪拌處理形成6%的懸浮液，過400目篩后，在40mpa下進行高壓均質(zhì)處理，得到的懸浮液壓濾處理，濾餅在功率5kw，頻率為2450hz的微波作用下烘干，粉碎，得到米白色納米凹凸棒石。其掃描電鏡圖同圖2c。