[发明专利]粘土的制备方法

说明书

本发明提供了一种大比表面积粘土的制备方法。该方法在水相体系制备粘土材料的基础上，依次使用醇溶剂和烷烃溶剂处理，使粘土分散在非极性溶剂中，最后经过干燥得到固体粘土产品。该方法制备的粘土与同样合成条件下水相体系制备但直接干燥得到的产品向比，其比表面积有较大的提高。

技术领域

本发明涉及一种大比表面积粘土的制备方法，该材料可以作为催化剂、催化剂载体、离子交换机、吸附剂等得到使用。

背景技术

粘土是一类自然界存在的矿物，其特点是具有层状结构，处于层板间的离子与层板上的电荷作用力较弱，可以被其他离子交换。根据应用需要，利用主体层板的分子识别能力，采用插层或离子交换的方式进行超分子组装，可改变其层间离子种类及数量，从而形成具有超分子结构的插层组装材料，改变粘土表面亲疏水性能、电化学性质、酸碱性等。

水滑石类粘土、蒙脱土类粘土和磷酸盐类粘土是三大类具有代表性的粘土材料：

水滑石是一种典型的阴离子型层状化合物，由MgO₆八面体共用棱形成单元层，位于层上的Mg²⁺可在一定范围内被半径相似的Al3+同晶取代，使得Mg²⁺、Al³⁺、OH^-层带正电荷，层间可交换的阴离子CO₃^2-与层上正电荷平衡，使得整体材料呈电中性。此外，层间存在一些水分子。水滑石中的Mg²⁺、Al³⁺被其它M²⁺、M³⁺同晶取代得到结构相似的一类化合物，称为类水滑石。水滑石和类水滑石的层板上含有碱性位，具有碱催化和吸附酸的能力。

蒙脱土是一类典型的层状硅酸盐非金属纳米矿物，其单位晶胞由二层硅氧四面体中间夹一层铝氧八面体组成，硅氧四面体片系由处于同一平面的硅氧四面体的三个顶点氧与相邻硅氧四面体共用而连结成一系列近似六方环网格的硅氧片；铝氧八面体片是以铝为中心原子、并与彼此顶点相对的四面体片的四个顶点氧处于同一平面的两个羟基构成六配位的铝氧八面体，四面体与八面体之间通过共用氧原子相连，其晶胞平行叠置，典型的蒙脱土结构的晶格中，Al³⁺和Si⁴⁺易被其他低价离子所取代，因而晶层带负电荷，通过层间吸附的等电量阳离子来维持电荷平衡。由于蒙脱土层间有较弱的联结力和存在可交换性阳离子如Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺等，通常它们以水合阳离子的形式存在。

磷酸盐类粘土是一种典型的阳离子型层状化合物，以磷酸锆、磷酸钛为代表，具有典型的层状结构，每层由一个锆(钛)原子通过与上下交替的磷酸根桥联而成，每个磷酸上的三个氧原子分别与三个锆(钛)原子相连形成四面体，每个锆(钛)原子与六个不同磷酸上的氧原子形成八面体配位结构。它的每一层可看成是一种平面型大阴离子，其中氧原子上的负电荷由等当量的质子或其它阳离子来平衡。其氢质子(P-OH)可以被交换，层内的水分子与一个层面上的P-OH形成氢键，层与层之间的作用力是范德华力，可以通过吸入、嵌入、插入、柱撑或键连上一定尺寸的有机基团来调变层间距的大小，从而达到分子设计的需要。

发明内容

粘土材料在离子交换、电化学、催化剂、生物技术等众多领域已经得到广泛应用。随着对粘土材料需求的增加，天然粘土矿的性能已经不能满足人们在特定领域的要求。合成粘土由于成分均一，可稳定供应，且可以通过化学修饰提高或减弱特定性能，因此得到人们的青睐。在合成粘土材料中，水滑石类粘土、磷酸盐类粘土在橡塑添加剂、催化剂、离子交换剂等领域已经商品化应用。

常规的制备方法得到的无机粘土材料比表面积较低，往往需要通过表面处理、层间柱撑、有机修饰等方法提高比表面积，改善其应用性能。这些方法都需要引入其他分子，对材料的进一步改性应用会造成一定影响。