[发明专利]一种交变电场诱导凹凸棒石矿物晶束解聚的方法

说明书

本发明公开了一种交变电场诱导凹凸棒石矿物晶束解聚的方法，具体是将凹凸棒石悬浮液置于交变电场中，使带电荷的凹凸棒石矿物晶束或聚集体颗粒产生相对运动，从而产生剪切力克服聚集体中棒晶之间的静电作用力或范德华力，将凹凸棒石棒晶束和聚集体解聚成高度分散的纳米棒。本发明利用交变电场产生的脉冲作用使凹凸棒石矿物晶束和聚集体解聚，棒晶长径比损失小，分散效果好，产品达到真正意义上的纳米级分散；整个工艺过程不使用高温、高压等苛刻条件，操作简单、成本低、重现性好、安全无污染；聚集体的解聚和分散程度可以通过调整电场强度和频率进行控制，产品性能好，成本低，可用于塑料、橡胶、催化剂、石油化工、环保、功能材料等多个领域。

技术领域

本发明涉及一种交变电场诱导凹凸棒石矿物晶束解聚的方法，属于天然非金属矿深加工和纳米材料制备技术领域。

背景技术

凹凸棒石又名坡缕石或坡缕缟石，是一种具有层链状结构、纳米棒状晶体形态和纳米孔道的含水富镁铝硅酸盐黏土矿物。由于具有独特的纳米棒状晶体结构和表面性质，因此表现出优异的胶体、吸附、载体和补强性能，在精细化工、石油化工、脱色、建材、环保和功能材料等领域中获得了广泛应用。然而，天然产出的凹凸棒石棒晶间由于存在较强的范德华力和氢键等作用力，因此棒晶主要以稳定的棒晶束和聚集体形式存在，限制了凹凸棒石纳米材料性能的应用。我国凹凸棒石资源储量占世界总量的一半以上，但由于棒晶束解聚关键瓶颈技术一直没有取得突破，所以目前一直以低端应用为主，产品附加值低，严重制约了我国凹凸棒石产业的发展。

目前，主要采用各种提纯和改性的方法来改善凹凸棒石的使用性能。CN102874826A公开了一种凹凸棒石的提纯方法，具体是将凹凸棒石黏土分散在水中制浆、加入活化剂活化、加入酸除杂、陈化、重力沉降、多次离心分离，最后得到提纯凹凸棒石黏土。CN 103738975A公开了一种凹凸棒石黏土的提纯方法，采用制浆-加活化剂-陈化-沉降-分离等步骤来提高凹凸棒石的纯度。提纯处理在一定程度上可以降低杂矿含量，提高凹凸棒石的纯度，改善使用性能，但也存在工艺复杂、成本高、耗水耗能等不足，而且活化剂还会引起环境污染。尽管采用各种物理方法（CN104014299A）或化学改性方法（CN 102527325A；CN102553519A；CN 103611494A；CN102247807A；103723785A）来提高凹凸棒石的性能，但凹凸棒石本身的纳米材料性能仍然没有充分发挥出来。

通常提高凹凸棒石棒晶分散性能的方法主要有干法和湿法。干法如球磨、超细粉碎、碾磨等，具有操作简单、产量高、设备要求低等优势，因此一直被广泛使用。但干法解聚效率不高，而且需较强的机械作用力会损伤棒晶。近年来，湿法解离技术受到了更多的关注，表现出了比干法更好的解聚效率。

交变电场是近年来发展起来的聚集体分散新技术，已经用于剥离石墨制备石墨烯（CN103253654A）。在交变电场作用下，尺寸大小和带电荷不同的粒子以不同方向交替运动，在电场方向变化中产生相互剪切和碰撞，从而使聚集体和晶束解聚并分散开。但目前用交变电场解聚凹凸棒石黏土棒晶束和聚集体还没有相关研究报道，也未见应用的先例。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种交变电场诱导凹凸棒石矿物晶束解聚的方法，旨在提高凹凸棒石矿物晶束的解离效率，减少棒晶在解聚过程中长径比的损失，制备出分散性好、长径比高的一维纳米凹凸棒石材料。

本发明利用胶体化学和电动学的原理，实现凹凸棒石矿物晶束和聚集体在交变电场中高效解聚。具体是将凹凸棒石悬浮液置于交变电场中，使聚集体颗粒在交变电场作用下运动。由于不同尺寸大小、带电荷不同的粒子在交变电场的作用下运动速率存在差异，所以可以产生较强的碰撞和剪切，聚集体解聚成为小晶束，最终使晶束解聚成高度分散的纳米凹凸棒石。