[发明专利]纳米金刚石灰料的提纯方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种纳米金刚石灰料的提纯方法，特别是涉及采用炸药爆轰方式制取的纳米金刚石灰中的石墨态碳、金属氧化物及二氧化硅杂质的联合去除方法。

背景技术

爆轰法合成纳米金刚石是近十多年发展起来的一项新技术。采用爆轰法合成的金刚石颗粒的平均直径4-8nm之间，兼有金刚石和纳米颗粒的双重特性，在超精密抛光、高级磨合（润滑）油、耐磨材料添加剂、耐磨表面复合镀等领域具有广泛的用途。

通过炸药爆轰的方式制取的含金刚石态碳的爆轰灰混合物中，含有石墨、二氧化硅、金属氧化物等多种杂质，必须加以去除。目前报道的石墨态碳杂质的去除方式有强酸氧化、高温空气氧化等技术。（1）CN1385366A公开了以高锰酸钾+浓硫酸在100-250^oC条件下进行氧化纯化方法，该法对于石墨态碳的去除效果并不十分明显，同时废水中含有重金属锰，环境问题较多；（2）CN1400162A公开了以浓硫酸+浓硝酸沸腾状态下去除石墨碳，该法对于石墨态碳的去除效果较差，同时由于硝酸在高温下极易分解，造成利用率较低；（3）文献《功能材料》（2000，31（1）：56-57）报道了利用HClO₄，H₂SO₄+K₂Cr₂O₇、H₂SO₄+KMnO₄，氧化处理去除石墨碳，虽然结论是三种都能有效去除石墨态碳，但高氯酸沸腾法成本较高、H₂SO₄+K₂Cr₂O₇及H₂SO₄+KMnO₄两法效果有待进一步验证；（4）文献《新技术新工艺》（2006（1）：110-112）及《中北大学学报》（2006，27（1）：55-58）利用气相氧化法去除石墨碳，该法可操作性较差，同时效果很不理想。因此有必要对于石墨碳的去除方法进一步改进；同时，虽然这些方法对于去除石墨态碳具有一定的效果，但对于爆轰灰中的金属氧化物去除效果不理想，尤其是对于其中的二氧化硅无效。

文献《功能材料》（1997，28（5）：522-525）利用H₂SO₄+HNO₃、HClO₄、HF在沸腾条件下三步处理方式分别去除金属、石墨态碳、二氧化硅。其方法的缺点是采用浓硫酸+浓硝酸，在230^oC下反应时，浓硝酸的分解反应难以控制，同时由于两种高浓度酸本身的氧化性，对于金属氧化物的去除效果不会太理想，工艺要求难度高；另一方面，对于其中的含钙类杂质，在氢氟酸处理后，容易形成难容的氟化钙不溶物，变得更加难以去除。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种纳米金刚石灰料的提纯方法，本方法生产工艺简单，产品纯度高，工艺中不破坏纳米金刚石结构，纳米金刚石得率高。

实现本发明目的的技术解决方案为：采用三步法去除纳米金刚石爆轰灰中的杂质，第一步：利用硝酸或盐酸去除金属氧化物或金属盐类杂质；第二步：利用浓硫酸与高氯酸联合氧化法去除纳米金刚石中石墨碳成分；第三步：利用氢氟酸去除氧化硅；具体反应步骤为：

（1）金属杂质的去除：将纳米金刚石灰料加入到其重量比2-20倍的质量浓度5%~30%盐酸或5%~50%硝酸中，在5-90^oC搅拌反应1-48小时，过滤，水洗至中性，干燥，得一次纯化产物；

（2）石墨碳杂质的去除：将一次纯化产物加入至其重量比2-15倍的90-98%浓硫酸溶液中，升温至110-250^oC，在真空状态下，滴加其重量比1-20的质量浓度40-70%高氯酸，滴加过程中控制釜内温度170-250^oC，6-8小时滴加完毕，然后180-250^oC保温0.5-10小时，冷却至40^oC，倒入至2-10倍量的水中，过滤、水洗，干燥，得二次纯化产物；

（3）二氧化硅杂质的去除：将二次纯化产物加入至其重量比2-20倍的质量浓度5%~30%氢氟酸溶液中，在5-100^oC反应0.5-48小时，过滤，水洗至中性，干燥，得高纯度的纳米金刚石产品。