[发明专利]一种分级孔凹凸棒石的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种凹凸棒石的制备方法及应用，更具体地说涉及一种分级孔凹凸棒石的制备方法及其应用。

背景技术

凹凸棒石黏土是一种具有链层状结构的富镁铝硅酸盐天然矿物。我国江苏、安徽、山东、甘肃和辽宁等地已探明许多凹凸棒石黏土矿藏。我国凹凸棒石黏土矿资源储量能够满足近期工业生产的需求，并且与世界其他各国相比具有较明显的优势(王艺洁，任珺，陶玲等，矿产保护与利用，2012，(4)：44-47)。凹凸棒石具有特殊的晶体结构：其基本构成单元是由平行于c轴的硅氧四面体双链组成，各个链间通过氧原子连接，硅氧四面体的自由氧原子的指向(即硅氧四面体的角顶)每四个一组，上下交替地排列。指向相对的硅氧四面体之间通过八面体阳离子连接，指向相背的硅氧四面体之间形成沿c轴方向的孔道，这种排列方式使四面体片在链间被连续地连接，但四面体的自由氧原子指向的不一致性决定了八面体片是不连续的，形成很多孔道，孔道截面大约为0.38nm×0.63nm。凹凸棒石凭借其独特结构和化学组成赋予其特殊的性能，且储量丰富、价格低廉，作为吸附剂、粘结剂、助剂、添加剂和催化剂载体等在水处理、油脂加工、医药以及石油化工等领域具有广泛的应用前景。

对凹凸棒石黏土进行活化处理是非常必要的，通常使用不同浓度的酸溶液进行活化。在酸溶液处理凹凸棒土过程中，碳酸盐杂质完全溶解，八面体阳离子部分溶解，大部分硅氧四面体基本保留，使得凹凸棒石的晶体结构得以保持，活化后的凹凸棒石黏土比表面积有所增大，孔体积和表面性能均有所改变。但是，在酸活化过程中，随着八面体阳离子的溶解，会有硅溶胶、无定型二氧化硅、纳米棒状活性二氧化硅以及介于凹凸棒石和活性纳米棒状二氧化硅之间的过渡状态等产物形成(陈天虎，冯有亮，史晓莉，凹凸棒石与酸反应产物和结构演化的研究，硅酸盐学报，2003,31(10):959-964)。这些含硅产物的形成将影响凹凸棒石黏土的吸附性能和催化性能。因此，需要建立一种新的凹凸棒石黏土制备方法以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术存在的问题，提供一种分级孔凹凸棒石的制备方法，凹凸棒石黏土首先经酸溶液处理，除去其中的杂质和部分八面体阳离子，而后加入氟化物以除去其间的含硅化合物，经过滤、洗涤和干燥即得分级孔凹凸棒石材料。将其用作吸附剂，可选择性吸附二氧化碳；将其作为甲苯与苄基溴进行Friedel-Crafts烷基化反应的催化剂，得到较高的转化率。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明的分级孔凹凸棒石的制备方法，其包括以下步骤：称取凹凸棒石黏土于玻璃烧瓶中，加入酸溶液，在60-110℃下回流搅拌2-12h后，冷至室温，转至烧杯中，向其中加入氟化物进行反应，再经过滤、洗涤和干燥，即得到分级孔凹凸棒石。

本发明的分级孔凹凸棒石的制备方法，其进一步的技术方案是所述的酸溶液浓度范围为1.0-5.0mol·L^-1，使凹凸棒石黏土在酸溶液中的质量浓度为10-50mg·mL^-1。

本发明的分级孔凹凸棒石的制备方法，其进一步的技术方案还可以是所述的酸溶液为盐酸、硝酸和硫酸中的一种。

本发明的分级孔凹凸棒石的制备方法，其进一步的技术方案还可以是所述的氟化物为氟化铵或氟化钠，其浓度范围在0.5-1.5mol·L^-1，反应时间为5-180min。

本发明上述的制备方法制备的分级孔凹凸棒石在二氧化碳/甲烷/氮气体系中选择性吸附二氧化碳中的应用，其可用作吸附剂，选择性吸附二氧化碳/甲烷/氮气体系中的二氧化碳。

本发明上述的制备方法制备的分级孔凹凸棒石作为甲苯与苄基溴进行Friedel-Crafts烷基化反应的催化剂中的应用，其可用作甲苯与苄基溴进行Friedel-Crafts烷基化反应的催化剂

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明是利用酸溶液和氟化物组合处理凹凸棒石黏土，在凹凸棒石结构未被破坏的前提下制得分级孔凹凸棒石，可用作特定的吸附剂和催化剂，具有一定的应用前景。本发明提供的制备方法条件温和，操作简单，提高了凹凸棒石对二氧化碳的吸附量和选择性，同时，提升了凹凸棒石对Friedel-Crafts烷基化反应的催化活性。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，但是本发明的范围不限于所给出的实施例。

实施例1-34制备分级孔凹凸棒石材料