[发明专利]一种常温沸腾汽化剥离高纯度膨润土制备二维材料的方法

说明书

本发明公开了一种常温沸腾汽化剥离高纯度膨润土制备二维材料的方法，包括以下步骤：1)将膨润土分散于氯化锂或氯化钠盐溶液中进行离子交换改性，得到锂基/钠基膨润土；2)取上述改性后的锂基/钠基膨润土于提篮中；3)将提篮完全浸没入常温条件下可沸腾汽化的液体中，稳定1‑30min；4)将步骤2)中膨润土从常温条件下可沸腾汽化的液体中取出，使所得膨润土中残留液体完全汽化；5)重复步骤3)和步骤4)1‑10次，得到二维膨润土。解决了在溶剂环境中剥离膨润土后的固液分离难题，操作简单，剥离全过程无副产品产生，成本低，可直接得到高纯剥离膨润土固体产品并用于各种功能材料的合成过程。

技术领域

本发明属于膨润土加工领域，具体涉及一种剥离膨润土制备二维材料的方法及用途。

背景技术

膨润土是典型的2:1型层状硅酸盐矿物，其基本结构是硅氧四面体和铝(镁)氧八面体。由两层硅氧四面体层中间夹着一层铝氧八面体层就组成了具有“三明治”结构的单个片层，这样的单片层通过层层堆叠的方式就组成了膨润土的层状结构。膨润土片层之间通过弱分子间作用力(如范德华力和静电作用力)相互连接，故其层状结构可在外部作用如插层、机械搅拌等作用力下发生剥离。得到的二维膨润土将膨润土的研究和应用推进到了一个全新的高度，二维膨润土不仅完整保留了前体矿物的天然耐高温和化学稳定性，而且比表面积极大提高，表面活性显著增强，添加入复合材料中往往能够很好地改善复合材料的性能，并且可用于制备膨润土无机凝胶、水凝胶吸附剂和二维纳米流体通道薄膜等先进材料，具有极高的研究价值和应用潜力。

目前，常用的膨润土剥离方法有：插层剥离(Zhu T,et al.Appl Clay Sci,2019；169:48-66.)、超声剥离、剪切剥离等(Bai H,et al.Ceram Int.2019；45(14):17054–63.)。插层剥离方法是通过在溶液中将插层剂分子通过插层作用引入膨润土层间，撑大膨润土层间距进而削弱层间结合作用实现剥离；超声剥离方法是通过超声波作用于膨润土层间吸附的水产生空化作用，空化作用气泡不断产生和破裂过程产生的作用力作用于膨润土片层，使层结构被打开；剪切剥离则是通过机械搅拌带动溶液产生高剪切作用力作用于膨润土层状结构从而实现剥离。上述方式无论通过化学作用力或机械作用力进行剥离，均需要在水或其他液体溶剂环境中进行或需要借由水等液体介质作用于膨润土才能实现剥离，因而，由此带来的剥离膨润土后续固液分处理离是一个不可忽视重要难题。天然亲水的膨润土在水溶液中会发生水化膨胀而稳定分散在水中，剥离之后的膨润土径厚比增大，表面电荷各向异性更加显著，更增大了剥离膨润土的固液分离难度，并且在固液分离过程中，已剥开的膨润土片层会重新堆叠在一起，因此，在水等溶液中剥离膨润土所需的固液分离问题限制了剥离膨润土产品的后续应用。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种将高纯度膨润土利用常温条件下可沸腾汽化的液体直接剥离制备二维材料的方法。

本发明采取的技术方案是：

一种常温沸腾汽化剥离高纯度膨润土制备二维材料的方法，其具体步骤如下：

1)将膨润土分散于氯化锂或氯化钠盐溶液中进行离子交换改性，得到锂基/钠基膨润土；

2)取上述改性后的锂基/钠基膨润土于提篮中；

3)将提篮完全浸没入常温条件下可沸腾汽化的液体中，稳定1-30min；

4)将步骤2)中膨润土从常温条件下可沸腾汽化的液体中取出，使所得膨润土中残留液体完全汽化；

5)重复步骤3)和步骤4)1-10次，得到二维膨润土。

上述方案中，步骤1)中所述膨润土为高纯膨润土，膨润土中蒙脱石含量大于80％。

上述方案中，步骤1)中所述膨润土为天然钠基膨润土、钙基膨润土或其他任何金属基膨润土。