[发明专利]一种提高凹凸棒土纳米材料分散性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及环保纳米材料领域，具体一种提高凹凸棒土纳米材料分散性的方法。

背景技术

凹凸棒土是一种天然非金属粘土矿物，是具有纤维状结构的水合镁铝硅酸盐，理想化学式为Al(OH₂)₄(OH)₂Mg₅Si₈.4H₂O。凹凸棒土的显微结构表明，棒晶是构成凹凸棒土的基本结构单元。棒晶呈针状，长约1-2μm，直径0.01μm。因此，按照目前关于纳米粒子(1-100nm)的分类，棒晶属于一维纳米材料。由于凹凸棒土纳米颗粒比表面积大，比表面能高，属于热力学不稳定体系，在制备过程中或后处理过程中极易发生粒子凝并、团聚现象，导致最终应用时失去颗粒应有的物性和功能。纳米技术发展到今天，团聚已成为纳米技术继续发展的瓶颈，凹凸棒土纳米材料同样面临这样的难题。因此，需要有一种能够有效地将凹凸棒土纳米材料进行分散，制成稳定的纳米分散系的方法和装置，从而有效地克服凹凸棒土纳米颗粒的应用障碍。

水热合成法水热反应最早是矿物学家在实验室中用于研究超临界条件下矿物形成过程，化学家通过对中、低温水热合成一个世纪的研究，已经制备很多无机化合物，包括固体快离子导体、化学传感材料、复合氧化物电子材料、铁氧体磁性材料、非线性光学材料、发光材料、微孔晶体材料和纳米材料等。然而，利用水热反应分散凹凸棒土纳米材料尚无报道。

纳米材料的分散方法：

一、物理分散：

(1)、机械分散：

机械分散法是利用高速分散机，在强剪切力作用下，使纳米颗粒在基体中达到有效地分散。该方法采用机械手段实现颗粒团聚体的解团，效果并不理想。其物理原因在于，该方法属于机械力强制性解团方法，团聚颗粒尽管在强制剪切力作用下解团，但颗粒间的吸附引力仍然存在，解团后又可能迅速团聚长大。

(2)：超声波分散：

利用超声空化时产生的局部高温，高压或强冲击力和微射流等，可较大幅度地弱化纳米粒子间的纳米作用能，有效地防止纳米粒子团聚而使之分散。采用超声波分散时，若停止超声波振荡，仍有可能使纳米粒子再度团聚，另外，超声波对极细小的纳米颗粒，其分散效果并不理想，因为超声波分散时，颗粒共振加速运动，使颗粒碰撞能量增加，可能导致团聚。

二、化学分散：

(1)、化学改性分散：

化学改性分散就是利用纳米粒子的表面基团，与可反应有机化合物产生化学键，形成纳米有机接枝化合物，通过有机枝链化合物在有机介质中的可溶性，增强纳米粒子在有机介质中的分散。此方法虽能有效分散特定的纳米材料，但在分散的同时可能会引进某些不需要的集团或者改变了原材料的的某些特性。

(2)、分散剂分散：

主要是通过分散剂吸附改变粒子的表面电荷分布，产生静电稳定和空间位障稳定作用来达到分散效果。分散剂分散法可用于各种集体纳米复合材料制备过程中的分散，但应注意，当加入分散剂的量不足或过大时，可能引起絮凝。

发明内容

本发明提供了一种提高凹凸棒土纳米材料分散性的方法，具有高能低、无污染、操作方便、可行性强、产物性能稳定的优点。

本发明的技术方案为：

一种提高凹凸棒土纳米材料分散性的方法，其特征在于：首先将凹凸棒土与蒸馏水混合制成悬浮液，将悬浮液转入水热反应釜中，在150-200℃下加热反应8-10小时，自然冷却到室温，然后在30-60℃下烘干、研磨、过200目筛，得高分散性的凹凸棒纳米材料。

所述的提高凹凸棒土纳米材料分散性的方法，其特征在于：所述的凹凸棒土与蒸馏水的质量份比为1∶5-10。

本发明原理是：利用高压反应釜，在250℃以下的低温高压条件下，实现凹凸棒土水合反应，提高其分散性。

本发明的有益成果及创新之处：

利用水热法提高纳米材料凹凸棒土的分散性，克服了其它物理、化学方法的缺点，具有效率高、能耗低、操作简便、清洁环保，大大提高了原土的吸附性能。

附图说明

图1是不同剂量的改性和未改性凹凸棒土对亚甲蓝的吸附效果(ATP为凹凸棒原土，M-ATP为分散后的凹凸棒土；亚甲基蓝初始浓度为：100mg/L；吸附时间为120分钟；温度为30℃；摇床转速为150rpm)。

图2是500mg/L的改性和未改性凹凸棒土对亚甲蓝的吸附动力学曲线(ATP为凹凸棒原土，M-ATP为分散后的凹凸棒土；亚甲基蓝初始浓度为：100mg/L；温度为30℃；摇床转速为150rpm)。