[发明专利]以埃洛石为原料制备二氧化硅纳米管的方法

说明书

技术领域

本发明涉及二氧化硅纳米管的制备方法，特别是涉及到一种以埃洛石为原料制备二氧化硅纳米管的方法。

技术背景

埃洛石是一种天然纳米管状硅酸盐矿物，属高岭石族，为1∶1型二八面体型结构，化学成分为Al₄[Si₄O₁₀](OH)₈·4H₂O。埃洛石粘土细腻，杂质低。埃洛石通常呈致密块状或土状；在电子显微镜下可见晶体呈直的或弯曲的管状形态。

SiO₂本身是在自然界和工业技术应用中普遍存在的氧化物，应用范围极其广泛。SiO₂纳米管具有很好的亲水性，易于形成悬浮分散液，内外管壁都可以进行表面功能化处理。而且，它具有优异的生物相容性，室温下在可见光范围内能激发出2.8-3.0eV的荧光，可用于生物分析、分离的主体材料。另外，SiO₂纳米管在光电纳米器件中有极大的应用潜力。

目前制备二氧化硅纳米管的方法主要采用模板法，a)利用凝胶因子为模板制备二氧化硅纳米管，专利《一种制备二氧化硅纳米管的方法》(CN 1270973C)利用凝胶因子在很低的浓度下形成的纤维状聚集体为模板，以TEOS为硅源，在室温下，经过溶胶/凝胶聚合，形成稳定的凝胶体系，减压移出溶剂，经煅烧移出体系中的有机物，制得了SiO₂纳米管。b)利用酒石酸铵晶体为模板制备二氧化硅纳米管，专利《一种二氧化硅纳米管的制备方法》(CN 100537854C)在一定浓度的酒石酸的乙醇溶液中，加入氨水进行反应生成酒石酸铵棒状晶体；然后边搅拌边加入硅酸酯，其水解产物沉积于模板的外表面，反应完全后用水洗涤除去酒石酸铵模板，即得到二氧化硅纳米管。c)利用碳纳米管为模板合成二氧化硅纳米管，专利《以多壁碳纳米管为模版制备二氧化硅纳米管的方法》(CN 101318658 B)将多壁碳纳米管溶解于柠檬酸和乙醇溶液中超声分散，加入APTS形成晶种，调节pH值加速了TEOS的水解速度，通过形成的晶种包覆在碳管上，经过高温煅烧，即得到二氧化硅纳米管。

然而上述方法所采用的原料多为化学试剂，制备的产物大部分为二氧化硅颗粒，二氧化硅纳米管的产率较低，产量小，成本高，难于推广应用。因此，寻找低成本、高效率、高产率的二氧化硅纳米管的制备方法来推动其应用研究十分重要。

天然非金属矿物里面多含硅，以其为硅源，通过酸溶或碱溶可以得到SiO₂。但目前研究以天然矿物制备二氧化硅纳米管的文献较少，但制备白炭黑的文献较多。

利用高岭土制备白炭黑主要有两种方法，较为普遍的是对高岭土先经过煅烧活化，之后酸溶出铝质，即得到白炭黑。专利《以高岭土为原料制备超细白炭黑和纳米氧化铝的方法》(CN 101249965A)将高岭土经过煅烧、浸提和过滤得到含有二氧化硅的滤液和含有三氯化铝的滤饼，最后通过对滤液和滤饼的除杂和后处理获得最终产品纳米氧化铝粉体和超细白炭黑粉体。专利《高岭土分解法制取白炭黑的方法》(CN 1318512A)将高岭土矿焙烧，经硫酸、稀硝酸两次反应，过滤、洗涤至中性后再次煅烧即得白炭黑。专利《沉淀法白炭黑的一种新生产方法》(CN 1094696A)采用精选后的高岭土代替传统的水玻璃法生产沉淀法白炭黑。专利《高岭土制取聚氯化铝及白碳黑的方法》(CN 1046507A)该发明是将工业盐酸在一定条件下与高岭土反应，生成物经固液分离，把得到的产物分别加工，即可得到白碳黑及聚氯化铝。专利《一种利用埃洛石制备白炭黑的生产工艺》(CN 101759191 A)将经过煅烧活化后的埃洛石加入工业盐酸酸洗得到白炭黑。还有一种是固相反应，在煅烧的时候加入固体反应剂，让高岭土中非硅质转化为可溶性的物质，通过水洗即可除去。专利《用粘土矿物制备白炭黑的煅烧转化反应工艺》(CN 1244496A)先将粘土矿物与固体反应剂混合之后煅烧，加水溶解煅烧产物，洗涤、烘干后得到白炭黑。