[发明专利]高岭石纳米管的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米管技术领域，尤其涉及一种高岭石纳米管的制备方法。

背景技术

高岭土是我国的优势矿产资源，储量多、分布广，在造纸、聚合物填料、陶瓷等传统领域应用广泛。高岭土的主要组成矿物高岭石具有规则的六方片层堆垛结构，其基本片层单元是由硅阳四面体和铝氧八面体组成，相邻片层由层间氢键连接，层间距约为0.74nm，高岭石具有天然的纳米片层结构，功能性高岭石的制备研究受到国内外广泛的关注，其在聚合物功能性填料、药物载体、化学催化、生物电极等方面具有诱人的应用前景。

随着碳纳米管的研究的深入，其特殊的性能为人们所认识。具有管状结构的纳米的材料成为研究的热点。埃洛石具有天然的管状结构，在高档涂料、化妆品、药物缓释、环境修复和催化剂载体等方面，表现出优异的性能。然而，天然产出的埃洛具有石资源储量少。高岭石纳米管是利用资源丰富的高岭土为原料，经有机分子插层使高岭石片层发生剥离卷曲而制得的管状纳米材料。中国发明专利《一种高岭土纳米管及其制备方法》(专利号：CN102167346A)首先制备尿素或醋酸钾/高岭石插层复合物，然后在150-170度下，采用三乙醇胺取代尿素或醋酸钾，制备三乙醇胺/高岭石插层复合物，然后在一定温度下，将复合物用碘甲烷的乙醇溶液进行处理，再将其与十六烷基磺酸钠或月硅酸钠的水溶液混合，在130-150下进行水热反应，所得产物，经400-450度煅烧，制得高岭石纳米管。该法，过程繁琐，反应体系复杂，耗时耗能。

中国发明专利《一种用高岭石为原料制备铝硅酸盐纳米管的方法》(专利号CN102583413A)采用二甲基亚砜与高岭石在室温至150度下，搅拌1-3天，制备高岭石-二甲基亚砜复合物，将复合物烘干后，加入1g/50m1-1g/5ml的甲醇溶液，搅拌反应1-7天，然后将制得的高岭石-甲醇复合物与十二烷基三甲基溴化铵或十六烷基三甲基溴化铵的甲醇溶液混合，在室温至80度条件下，反应6-48小时，最后经400-600度煅烧处理，制得铝硅酸盐纳米管。中国专利《高岭土纳米管制备方法》(专利号CN102602951B)将高岭石与二甲基亚砜或N-甲基甲酰胺混合，在50-60度下，超声处理30分钟，然后在水浴条件下反应20-30小时，干燥。将干燥后的粉体与10-30倍的甲醇溶液混合，室温搅拌反应48-72小时，离心得甲氧基接枝高岭土，将其与季铵盐的甲醇溶液混合，室温搅拌反应10-30小时，经甲醇洗涤，400-500度煅烧制得高岭土纳米管，然而，这两种方法，虽有所改进，但制备过程仍比较繁琐，均经三次插层反应，且每次插层过程时间长达几十个小时，甚至近一周的时间，并且在反应过程中需要水浴加热条件。在制备中第一次插层物，均需去除插层剂、烘干制粉，再进行后续反应环节，且产品都需高温煅烧处理。可见其制备方法工艺复杂，耗时长，能耗高。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种工艺简单、耗时短的利用高岭石为原料制备的高岭石纳米管的方法。

一种高岭石纳米管的制备方法，包括以下步骤：

A1、有机小分子插层，将高岭石与小分子插层剂按质量比为1∶3-5混合，在微波作用下搅拌反应0.5-1.5小时，经过滤，去除滤液，制得高岭石小分子插层复合物滤饼；

A2、将A1所得高岭石小分子插层复合物滤饼分散在醇和大分子插层剂的混合溶液中，所述醇与大分子插层剂的质量比1-10∶1，滤饼与混合溶液的质量比为1∶3-5，在微波作用下，搅拌反应2-3小时，经离心固液分离，制得高岭石大分子插层复合物；

A3、将A2所得高岭石大分子插层复合物经乙醇或甲苯溶剂进行淋滤洗涤，100℃下进行烘干，打散，最终制得内径在5-10nm，外径20-50nm，纳米管长度在100-500nm的高岭石纳米管。

进一步地，如上所述的高岭石纳米管的制备方法，步骤A1中所述小分子插层剂为二甲基亚砜或醋酸钾水溶液、尿素水溶液中的一种，微波条件为：微波功率300w到700w，温度为60到85度。

进一步地，如上所述的高岭石纳米管的制备方法，步骤A2中所述大分子插层剂指十二胺、十八胺、十二烷基三甲基氯化铵或十六烷基三甲基溴化铵，所述醇指乙醇、甲醇或乙二醇溶剂，微波处理条件为微波功率300w到700w，温度为60到100度。