[发明专利]一种绿色高效剥离层状磷酸锆的方法

说明书

本发明公开了一种绿色高效剥离层状磷酸锆的方法，以质量份数计，将1～30份生物缓冲剂、0～20份表面活性剂和100～4000份溶剂混合，使用酸调节pH为7～10，向上述溶液中加入80～240份的层状磷酸锆，震荡均匀，超声分散15～60分钟，得到剥离后的单层磷酸锆。与现有技术相比，本发明以生物缓冲液作为剥离剂剥离层状磷酸锆，不使用有机强碱，绿色环保，反应条件温和，制备工艺简单，剥离持久性非常，适合工业化生产好，所得剥离后的磷酸锆可以应用于高性能液晶制备、酶的固定、纳滤膜的制备、高分子的阻燃改性、防腐涂料、注水采油等领域。

技术领域

本发明涉及一种层状磷酸锆，特别是涉及一种层状磷酸锆的剥离方法，是一种绿色高效剥离层状磷酸锆的方法；属于二维材料的剥离与应用领域。

背景技术

2004年石墨烯的发现彻底改变了人们原本的看法，以原子组成的二维材料成功的登上了历史的舞台。科学界对石墨烯的热情也逐渐拓展到了其他的二维材料上，越来越多的二维材料被发现。其中，层状无机材料是一种具有二维层状空间结构的化合物，其层间距处于分子水平，一般只有几纳米甚至几埃，并且可以通过剥离手段“自上而下”地得到单原子层的二维材料。其中，层状磷酸锆是最早被人工制备得到的层状磷酸盐，由Clearfield等于1964年合成，也是目前研究最为广泛的层状磷酸盐材料。层状磷酸锆具有层状化合物的共性外，还具有一些特性，如制备较易，层状结构稳定；热稳定性、机械稳定性和化学稳定性很高；表面电荷密度较大，可以发生离子交换反应，从而引入各种官能团；在一定的条件下，可发生剥层反应。

一般来说，人们都会使用极性的有机胺来对磷酸锆进行剥离。根据胺的类别可以分为：

1、有机小分子胺。中国发明专利申请CN 201710418570.6公布了一种使用正丁胺对层状磷酸锆进行预撑然后使用Gemini季铵盐阳离子表面活性剂进行插层改性得到表面有机改性的单层磷酸锆的方法，并将其添加到MC尼龙复合材料中，提升了复合材料的拉伸强度、冲击强度。中国发明专利申请CN 201310232624.1公布了一种使用正丁胺对层状磷酸锆进行剥离，然后在其表面使用阳离子型的羧甲基壳聚糖季铵盐改性的方法。但是，小分子胺都均有很强的生殖毒性以及环境污染的问题。

2、长链烷烃伯胺。中国发明专利申请CN 201210527124.6公布了一种使用长链烷烃伯胺对层状磷酸锆进行剥离，然后将十二烷基二甲基苄基氯化铵等长链季铵盐插层至有机化的磷酸锆层间，并通过溶剂化的方法将硅酸乙酯与长链季铵盐引入合成氧化硅柱撑的磷酸锆材料的方法。长链烷烃伯胺的毒性虽然低于小分子胺，但是由于位阻效应，进入层状磷酸锆的夹层间反应十分困难，存在剥离效率低的问题。中国发明专利申请CN201410248066.2公布了一种使用有机剥离剂组合，如苯胺加十六烷基三甲基溴化铵，将层状磷酸锆剥离，并在磷酸锆表面加入有机链形成亲有机相的活性磷酸锆的方法。使用小分子的胺作为预撑开基团，长链烷烃胺插入的方式，依然不可避免存在小分子胺腐蚀危险。

3、聚多元胺。中国发明专利申请CN 201610589029.7公布了一种采用在层状磷酸锆中原位撑开和聚合合成树枝状聚酰胺的方法。这种方法可以“一锅法”地对层状磷酸锆剥离和功能化，但是原位聚合所使用的温度高，能耗大，而且还存在接枝效率的问题。

4、季铵盐。中国发明专利申请CN 201610963746.1公布了一种层状材料的剥离方法及剥离得到的剥层材料，使用了四丁基氢氧化铵对层状磷酸锆进行剥离，然后使用量子点对其表面进行吸附，有效地阻碍剥离后的单层磷酸锆的堆叠。但四丁基氢氧化铵是有机强碱，对皮肤和器皿有腐蚀作用。

5、氨基硅烷偶联剂。中国发明专利申请CN 201510500445.0.公布了一种采用带伯氨基的硅烷偶联剂对层状磷酸锆剥离，然后修饰成炭剂三嗪大分子的方法。硅烷偶联剂容易与层状磷酸锆的层间结合水或层状磷酸锆表面的磷羟基反应，因此会降低剥离的效率。

发明内容