[发明专利]利用天然一维纳米黏土矿物制备二氧化硅纳米材料的方法

说明书

本发明公开了一种利用天然一维纳米黏土矿物制备二氧化硅纳米材料的方法，是将天然一维纳米黏土矿物粉体与还原剂均匀混合后，在300~600℃热活化1~2h；将热活化黏土矿物按固液质量比1:5~1:10分散到酸溶液中，在40~75℃温度下酸溶蚀处理2~7.5h，得到的产物经过固液分离、干燥、粉碎，过筛，得到二氧化硅纳米材料。本发明通过还原过程将天然一维纳米黏土矿物中的八面体层中Fe(III)转变为Fe(II)，用较低酸浓度进行酸溶蚀处理，将天然一维纳米黏土矿物转变为一维二氧化硅纳米材料，且一维二氧化硅纳米材料的长度没有减少，产品长径比高，稳定性好，粒度均匀，可用于工程塑料、橡胶、催化、等多个领域。

技术领域

本发明涉及一种利用天然一维纳米黏土矿物制备二氧化硅纳米棒、纳米纤维和纳米管的方法，属于非金属矿深加工和纳米材料制备技术领域。

背景技术

一维纳米二氧化硅材料因具有高表面活性、低膨胀系数及良好的电绝缘性等优异特性，在高分子材料增韧补强、光电太阳能电池、催化剂载体和锂电池电极及隔膜材料等领域中发挥着不可替代的重要作用。目前制备纳米二氧化硅材料的方法主要是模板法，利用模板的导向作用形成前驱体，再除去模板即可得到一维纳米二氧化硅材料。然而，模板法制备一维纳米二氧化硅通常需要使用模板剂或模板洗脱剂，制备过程比较复杂，生产条件苛刻，生产成本高，而且还会引起环境污染。因此，开发低成本、高效率的一维纳米二氧化硅材料的制备具有重要意义。

凹凸棒石、海泡石和埃洛石等天然黏土矿物具有一维纳米棒、纳米纤维和纳米管状晶体形貌，结构骨架主要由硅氧四面体和铝（或镁、铁）氧八面体组成。四面体层和八面体层通过Si-O-M键连接，形成了晶体形貌不同的黏土矿物。在酸性条件下，晶体结构中的氧化硅骨架较为稳定，但八面体层中的金属离子可以被酸溶出，从而得到与黏土矿物初始形貌相同的二氧化硅材料，为制备一维二氧化硅材料提供了新思路。目前对凹凸棒石、海泡石和埃洛石等黏土矿物进行酸处理的研究较多，但主要集中在除去碳酸盐杂质、活化表面基团、疏通孔道和提高白度方面，而利用天然一维黏土矿物制备纳米二氧化硅材料的研究和应用关注不多。