一種低溫製備高嶺土的方法
2023-04-29 18:09:36 1
一種低溫製備高嶺土的方法
【專利摘要】本發明屬於天然礦物的人工合成【技術領域】，尤其涉及物相純、比表面較大高嶺土的合成方法。其特徵在於技術方案包括以下步驟：4.73g九水合硝酸鋁，溶於70mL蒸餾水中，加入2mol·L-1的氨水，調節溶液pH為9.0，所得凝膠離心洗滌5次以後，然後將凝膠轉移加入到三口燒瓶中，加入2.58g正矽酸四乙酯和2mL濃度範圍在0~1mol·L-1的氨水，加入一定量的蒸餾水維持懸浮液體積為70mL，90℃油浴條件下混合攪拌2天。然後將懸浮液密封在容積為90mL聚四氟乙烯內襯的不鏽鋼高壓釜中，220℃恆溫反應5~7天，經測量反應液的pH範圍在5.0~7.8之間，產物經水洗、乙醇洗、離心分離和乾燥得到高嶺土。
【專利說明】—種低溫製備高嶺土的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於天然礦物的人工合成【技術領域】，尤其涉及高嶺土的合成方法。
【背景技術】 [0002]高嶺土是一種以氧化鋁和氧化矽為主要成分，質軟，有滑膩感的細粒黏土。作為一種重要的礦產資源，高嶺土具有良好的耐酸性、低的陽離子交換性、較好的耐火耐熱性能、可塑性以及優良的電絕緣性等突出特點。因此高嶺土已經成為造紙、陶瓷、橡膠、化工、醫藥、塑料等行業所必需的原料。在油漆塗料中還可代替立德粉和部分鈦白粉等昂貴材料。
[0003]我國高嶺土資源分布比較分散，難以大規模開採且大多數為煤系高嶺土，品位不高。在實際工業應用化過程中，需要經過進行煅燒或者改性處理。一般高嶺土原礦中含有蒙脫石、伊利石、水鋁英石、以及石英、雲母、含鐵礦物、有機質等雜質，所以需要對礦石經過複雜的手選精製加工後才能應用到工業生產中。鑑於上述局限性，人工合成高嶺土成為一種可能的途徑。
[0004]關於高嶺土的合成，已有專利和文章報導，專利US5843861和歐洲地球化學(CHEMICAL GEOLOGY 1999, 156，171-190)報導利用水熱法人工製備高嶺土。該方法過程複雜，需要高溫煅燒和強酸強鹼環境，耗能較大，同時儀器設備的腐蝕會比較嚴重。因此需要針對這些缺點進行改進，探索一種能在溫和條件下得到純度高、比表面大、顆粒小的高嶺土的合成方法。
【發明內容】
[0005]針對現有技術的缺陷，本發明提供一種利用水熱反應，通過控制加入氨水的量可以製備比表面大、粒度小的高嶺土的方法，同時可以實現調控反應液的pH在中性範圍內，以解決國內現有高嶺土原生礦物資源短缺、難於開採、純度不高的現狀。
[0006]本發明是一種比表面大、粒度小高嶺土的合成方法，其特徵在於，4.73 g九水合硝酸鋁，溶於70 mL蒸餾水中，加入2 mol 的氨水，調節溶液pH為9.0，所得凝膠離心洗滌5次以後，然後將凝膠轉移加入到三口燒瓶中，充分攪拌條件下加入2.58 g正矽酸四乙酯和2 mL濃度範圍為(Tl mol.I/1的氨水，加入一定量的蒸餾水維持懸浮液液體積為70mL,90 °C油浴條件下混合攪拌2天。然後將懸浮液密封在容積為90 mL聚四氟乙烯內襯的不鏽鋼高壓釜中，220 1:恆溫反應5~7天，經測量反應液的pH在5.0-7.8之間，產物經水洗、乙醇洗、離心分離和乾燥得到高嶺土。
[0007]與現有技術相比，本發明製備高嶺土的方法，所得產物物相單純，反應簡單易控；該方法是低溫反應，反應條件溫和，能通過控制加入氨水的量製備出高嶺土，避免使用強酸強鹼同時能實現控制反應液的PH在中性範圍內，有效降低反應液對儀器設備的腐蝕和損害。所製備的高嶺土比表面較大、粒徑較小。
【專利附圖】
【附圖說明】[0008]圖1為本發明實施實例1-4產物的XRD圖譜
其中(a)為高嶺土的標準XRD圖譜(JCPDS card n0.75-1593) ； (b)為實施例1的XRD圖譜；(c)為實施例2的XRD圖譜；(d)為實施例3的XRD圖譜；(e)為實施例4的XRD圖譜。 [0009]圖2為本發明實施例5和例6產物的XRD圖譜
其中(a)為實施例5的XRD圖譜；(b)為實施例6的XRD圖譜。
[0010]圖3為本發明實施例3和6產物的掃描電鏡照片
其中(a)為實施例3的掃描電鏡照片；(b)為實施例6的掃描電鏡照片
【具體實施方式】
[0011]實施例1:
稱取4.73 g九水合硝酸鋁，溶於70 mL蒸餾水當中，加入2 mol -1-1的氨水，調節溶液PH為9.0，所得凝膠離心洗滌5次以後，然後將凝膠轉移加入到三口燒瓶中，充分攪拌條件下加入2.58 g正矽酸四乙酯和2 mL H2O,加入一定量的蒸餾水維持懸浮液體積為70 mL,90°C油浴條件下混合攪拌2天，然後將懸浮液密封在容積為90 mL聚四氟乙烯內襯的不鏽鋼高壓釜中。220°C恆溫反應5天，將釜中產物傾出，經測量反應液的pH為5.1，離心分離，用去離子水和無水乙醇各洗滌三次，80°C條件下乾燥12 h，即獲得高嶺土，產物的比表面積為 59.9 m2.g 1 ο
[0012]實施例2:
製備步驟同實例1，不同之處是:加入2 mL 0.25 mol.1-1氨水，然後將懸浮液密封在容積為90 mL聚四氟乙烯內襯的不鏽鋼高壓釜中，在220 °〇溫度下恆溫反應7天，將釜內產物傾出，經測量反應液的pH為5.8，離心分離，用去離子水和無水乙醇各洗滌三次，80 V條件下乾燥12 h，即獲得高嶺土，產物的比表面積為40.2 m2.g'
[0013]實施例3:
製備步驟同實例1，不同之處是:加入2 mL 0.5 mol -T1氨水，然後將懸浮液密封在容積為90 mL聚四氟乙烯內襯的不鏽鋼高壓釜中，在220 °〇溫度下恆溫反應5天，將釜內產物傾出，經測量反應液的pH為6.7，離心分離，用去離子水和無水乙醇各洗滌三次，80 °〇條件下乾燥12 h，即獲得高嶺土，產物的比表面積為58.2 m2.g'
[0014]實施例4:
製備步驟同實例1，不同之處是:加入2 mL I mol 4-1氨水，然後將懸浮液密封在容積為90 mL聚四氟乙烯內襯的不鏽鋼高壓釜中，在220 °〇溫度下恆溫反應5天，將釜內產物傾出，經測量反應液的pH為7.8，離心分離，用去離子水和無水乙醇各洗滌三次，80°C條件下乾燥12 h，即獲得高嶺土，產物的比表面積為50.5 m2.g'
[0015]實施例5:
製備步驟同實例1，不同之處是:加入2 mL 2 mol·1-1氨水，然後將懸浮液密封在容積為90 mL聚四氟乙烯內襯的不鏽鋼高壓釜中，在220 °〇溫度下恆溫反應5天，將釜內產物傾出，經測量反應液的pH為8.6，離心分離，用去離子水和無水乙醇各洗滌三次，80 °C條件下乾燥12 ho
[0016]實施例6:製備步驟同實例1，不同之處是:加入2 mL 4 mol .l-1氨水，然後將懸浮液密封在容積為90 mL聚四氟乙烯內襯的不鏽鋼高壓釜中，在220°C溫度下恆溫反應5天，將釜內產物傾出，經測量反應液的PH為9.2，離心分離，用去離子水和無水乙醇各洗滌三次，80 °C條件下乾燥12 ho
[0017]步驟中所述的恆溫反應是將反應釜置於能精確控溫的烘箱，或者將反應釜置於能精確控溫的電阻爐中。
[0018]產物物相用X-射線粉末衍射(XRD)進行測試，儀器型號為Bruker D8 X-射線衍射儀，X-射線源為Cu-Ka輻射(λ=1.5418Α)，掃描角度範圍2Θ為10°~80°之間。
[0019]圖1中(b廣(e)分別為本發明實施例1-4的X-射線粉末衍射譜圖。產品衍射峰均與高嶺土(JCPDS card n0.75-1593)完全吻合。
[0020]圖2中(a)和(b)分別為本發明實施例5和6的X-射線粉末衍射譜圖，證明由於氨水用量的增加，所得產品不是高嶺土。
[0021]圖3中(a)為本發明實施例3的掃描電子顯微鏡照片，證明高嶺土具有典型的無規則薄片狀結構，圖3中(b)為本發明實施例6的掃描電子顯微鏡照片，證明產品結構呈彎曲薄片狀。所得產品不是高嶺土。
[0022]以上分析證實了通過控制加入氨水的量可以控制高嶺土的生成。
【權利要求】
1.一種低溫條件下製備高嶺土礦物的方法，其特徵在於技術方案包括以下步驟: (1)4.73 g九水合硝酸鋁，溶於70 mL蒸餾水中，加入2 mol.1^的氨水，調節溶液pH為9.0，所得凝膠離心洗滌5次； (2)將步驟(1)中的凝膠加入到三口燒瓶中，在充分攪拌下加入2.58 g正矽酸四乙酯和2 mL濃度分別為0-l mol.0-1的氨水，加入一定量的蒸餾水維持懸浮液體積為70 mL,90 °C油浴條件下混合攪拌2天； (3)將懸浮液密封在容積為90mL聚四氟乙烯內襯的不鏽鋼高壓釜中，220 °C恆溫反應5~7天，產物經水洗、乙醇洗、離心分離和乾燥即獲得高嶺土。
2.本發明所述步驟中的反應原料為九水合硝酸鋁和正矽酸四乙酯。
3.本發明所述步驟⑴中的pH調節劑為2mol.L—1的氨水。
4.本發明所述步驟(2)中的pH調節劑為2mL 0-l mol.1/1之間的氨水。
5.本發明所述步驟⑴中體系的pH值為9。
6.本發明所述步驟(2)中體系的pH值在5.0-7.8之間。
7.本發明所述步驟(2)中反應溫度為90°C。
8.本發明所述步驟(3)中的水熱溫度為220°C，保溫時間為5~7天。
【文檔編號】C01B33/40GK103570033SQ201210474519
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年11月21日 優先權日:2012年11月21日
【發明者】孫中溪, 齊長林, 範迎菊, 張衛民, 葛東來 申請人:濟南大學