一種層狀礦物與納米羰基鐵插層復合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種層狀礦物與納米羰基鐵插層復合材料及其制備方法。它是在礦物的結晶結構層之間插有納米粒級的羰基鐵顆粒所形成的一種復合材料。其制備方法步驟如下：1）使用無機酸與還原劑對層狀礦物進行活化和除雜；2）酸活化后脫水、烘干；3）層狀礦物與Fe(CO)5共同研磨，形成插層化合物；4）加熱使Fe(CO)5在層間脫水形成納米羰基鐵顆粒。所得產物即為層狀礦物與納米羰基鐵插層復合材料。本發(fā)明成功將納米羰基鐵顆粒插層到硅酸鹽礦物中，利用其層間約束力有效抑制了納米顆粒的團聚，制備的產品具有優(yōu)良的電磁波損耗性能，可用作各類裝備的吸波涂料。
【專利說明】一種層狀礦物與納米羰基鐵插層復合材料及其制備方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種層狀礦物與納米羰基鐵插層復合材料及其制備方法。

【背景技術】
[0002] 羰基鐵粉具有優(yōu)良的電磁波損耗性能，可用作各類裝備的吸波涂料。制備羰基鐵 粉是將油狀的Fe (C0) 5液體在隔絕空氣的條件下噴霧熱解，所得產物粒度很難控制，通常為 微米粒級的顆粒。價格較高，比重過高，粒度難以控制，是羰基鐵粉在吸波材料領域實際應 用的主要障礙。


【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明提供了一種層狀礦物與納米羰基鐵插層復合材料及其制備方法。層狀礦物 與納米羰基鐵插層復合材料是在礦物的結晶結構層之間插有納米粒級的羰基鐵顆粒所形 成的一種復合材料。
[0004] 所述的層狀礦物為滑石、蛇紋石、高嶺石、多水高嶺石、葉蠟石、云母類、伊利石、綠 泥石、蛭石、蒙脫石，它們在自然界的產出形態(tài)為粘土、泥巖、頁巖或塊狀礦石。
[0005] 層狀礦物與納米羰基鐵插層復合材料的制備方法步驟如下： 1)經分離提純的層狀礦物，加5至10倍重量，濃度3%至10%的鹽酸，再加入相當于層 狀礦物重量0. 5%至2%的連二亞硫酸鈉，攪拌均勻制成懸浮液礦漿，在室溫下反應6?24 小時，期間不斷攪拌； 酸處理一方面能去除可能存在的酸溶性雜質，如碳酸鹽和鐵錳氧化物、硫化物等；此 夕卜，酸處理能使礦物表面被活化，有利于后續(xù)的插層進行。加入連二亞硫酸鈉能使鐵、錳被 還原，增加其去除率。
[0006] 2)過濾或離心脫水，清洗2?4次，60至80° C烘干； 3)冷卻至室溫后，每一份重量的層狀礦物加0. 8至1. 5份Fe (C0) 5，攪拌均勻后在高剪 切研磨機中研磨1至2小時； 所說的高剪切研磨機為球磨機、輥磨機、棒磨機、珠磨機中的一種。
[0007] 4)物料隔絕空氣加熱到150至300° C，恒溫0. 5至3小時。所得產物即為層狀礦 物與納米羰基鐵插層復合材料。
[0008] 低成本的制備技術是本發(fā)明的特色，先利用研磨過程的機械-化學力，將羰基鐵 的前軀體Fe (C0) 5插入層狀礦物的結晶結構層，再在通過熱分解反應，使Fe (C0) 5在層間分 解為羰基鐵顆粒。由于結晶結構層的約束，所形成的羰基 鐵為粒徑約5納米的均勻顆粒。通過本發(fā)明制備的層狀礦物與納米羰基鐵插層復合材 料比重遠低于羰基鐵，電磁損耗性能優(yōu)于羰基鐵，并且具有更寬的吸波帶寬，在吸波涂料領 域具有廣泛用途。

【具體實施方式】
[0009] 本發(fā)明提供了一種層狀礦物與納米羰基鐵插層復合材料及其制備方法。層狀礦物 與納米羰基鐵插層復合材料是在礦物的結晶結構層之間插有納米粒級的羰基鐵顆粒所形 成的一種復合材料。
[0010] 所述的層狀礦物為滑石、蛇紋石、高嶺石、多水高嶺石、葉蠟石、云母類、伊利石、綠 泥石、蛭石、蒙脫石，它們在自然界的產出形態(tài)為粘土、泥巖、頁巖或塊狀礦石。
[0011] 層狀礦物與納米羰基鐵插層復合材料的制備方法步驟如下： 1)經分離提純的層狀礦物，加5至10倍重量，濃度3%至10%的鹽酸，再加入相當于層 狀礦物重量0. 5%至2%的連二亞硫酸鈉攪拌均勻制成懸浮液礦漿，在室溫下反應6?24小 時，期間不斷攪拌； 從成本、效果等因素綜合考慮推薦使用鹽酸，也可以使用其它無機酸。酸處理一方面能 去除可能存在的酸溶性雜質，如碳酸鹽和鐵錳氧化物、硫化物等；此外，酸處理能使礦物表 面被活化，有利于后續(xù)的插層進行。加入連二亞硫酸鈉能使鐵、錳被還原，增加其去除率。
[0012] 3)過濾或離心脫水，清洗2?4次，60至80° C烘干； 脫水、烘干是為了避免在下一步反應前水份與Fe (C0) 5發(fā)生水解反應。
[0013] 4)冷卻至室溫后，每一份重量的層狀礦物加0. 8至1. 5份Fe(CO) 5,攪拌均勻后在 高剪切研磨機中研磨1至2小時； Fe(C0)5又名五羰基鐵，常溫下是一種油狀液體，在這里用作羰基鐵粉的前軀體。 Fe (C0) 5具有疏水、親油性。借助于研磨過程的機械化學力，F(xiàn)e (C0) 5能進入層狀礦物的結晶 結構層，形成插層化合物。
[0014] 4)物料隔絕空氣加熱到150至300° C，恒溫0. 5至3小時。所得產物即為層狀礦 物與納米羰基鐵插層復合材料。
[0015] ?以0))5在6()° C即開始分解，超過100° C是迅速分解，生成羰基鐵粉： Fe (CO) 5=5C0 (g) +Fe 由于礦物結晶結構層的約束作用，有效抑制了羰基鐵顆粒的團聚，熱分解生成的羰基 鐵為粒度介于3至6納米的顆粒分布在礦物結晶結構層之間。
[0016] 低成本的制備技術是本發(fā)明的特色。通過本發(fā)明制備的層狀礦物與納米羰 基鐵插層復合材料在電磁波吸波涂料領域具有廣泛用途。
[0017] 實施例1 1) 經分離提純的滑石，加10倍重量，濃度3%的鹽酸，再加入相當于滑石重量0. 5%的連 二亞硫酸鈉，攪拌均勻制成懸浮液礦漿，在室溫下反應6小時，期間不斷攪拌； 2) 過濾或離心脫水，清洗2次，60°C烘干； 3) 冷卻至室溫后，每一份重量的滑石加0. 8份Fe (C0) 5,攪拌均勻后在球磨機中研磨1 小時； 4) 物料隔絕空氣加熱到150° C，恒溫3小時。所得產物即為滑石與納米羰基鐵插層復 合材料。
[0018] 實施例2 1) 經分離提純的絹云母，加5倍重量，濃度10%的鹽酸，再加入相當于絹云母重量2%的 連二亞硫酸鈉，攪拌均勻制成懸浮液礦漿，在室溫下反應24小時，期間不斷攪拌； 2) 過濾或離心脫水，清洗4次，80°C烘干； 3) 冷卻至室溫后，每一份絹云母加1. 5份Fe (CO) 5,攪拌均勻后在球磨機中研磨2小 時； 4) 物料隔絕空氣加熱到300° C，恒溫0.5小時。所得產物即為絹云母與納米羰基鐵插 層復合材料。
[0019] 實施例3 1) 經分離提純的蛇紋石，加8倍重量，濃度8%的硫酸，再加入相當于蛇紋石重量1%的 連二亞硫酸鈉，攪拌均勻制成懸浮液礦漿，在室溫下反應18小時，期間不斷攪拌； 2) 過濾或離心脫水，清洗3次，70°C烘干； 3) 冷卻至室溫后，每一份重量的蛇紋石加1份Fe (C0) 5,攪拌均勻后在輥磨機中研磨 1. 5小時； 4) 物料隔絕空氣加熱到200° C，恒溫2小時。所得產物即為蛇紋石與納米羰基鐵插層 復合材料。
[0020] 實施例4 1) 經分離提純的高嶺石，加10倍重量，濃度10%的硝酸，再加入相當于高嶺石重量1. 5% 的連二亞硫酸鈉，攪拌均勻制成懸浮液礦漿，在室溫下反應6小時，期間不斷攪拌； 2) 過濾或離心脫水，清洗3次，60°C烘干； 3) 冷卻至室溫后，每一份重量的高嶺石加1. 5份Fe (C0) 5,攪拌均勻后在輥磨機中研磨 2小時； 4) 物料隔絕空氣加熱到250° C，恒溫1小時。所得產物即為高嶺石與納米羰基鐵插層 復合材料。
[0021] 實施例5 1) 經分離提純的葉蠟石，加10倍重量，濃度10%的鹽酸，再加入相當于葉蠟石重量1. 5% 的連二亞硫酸鈉，攪拌均勻制成懸浮液礦漿，在室溫下反應6小時，期間不斷攪拌； 2) 過濾或離心脫水，清洗3次，80°C烘干； 3) 冷卻至室溫后，每一份重量的葉蠟石加1. 2份Fe (C0) 5,攪拌均勻后在輥磨機中研磨 2小時； 4) 物料隔絕空氣加熱到200° C，恒溫1.5小時。所得產物即為葉臘石與納米羰基鐵插 層復合材料。
[0022] 實施例6 1) 經分離提純的多水高嶺石，加5倍重量，濃度10%的鹽酸，再加入相當于多水高嶺 石重量2%的連二亞硫酸鈉，攪拌均勻制成懸浮液礦漿，在室溫下反應24小時，期間不斷攪 拌； 2) 過濾或離心脫水，清洗4次，80°C烘干； 3) 冷卻至室溫后，每一份重量的多水高嶺石加1. 5份Fe (C0) 5,攪拌均勻后在球磨機中 研磨2小時； 4) 物料隔絕空氣加熱到150° C，恒溫2小時。所得產物即為多水高嶺石與納米羰基鐵 插層復合材料。
[0023] 實施例7 1)經分離提純的伊利石，加10倍重量，濃度3%的鹽酸，再加入相當于伊利石重量0. 5%
【權利要求】
1. 一種層狀礦物與納米羰基鐵插層復合材料，其特征在于，在層狀礦物的結晶結構層 之間插有納米粒級的羰基鐵顆粒所形成的一種復合材料。
2. 根據(jù)權利要求1所述的復合材料，其特征在于，所說的層狀礦物為滑石、蛇紋石、高 嶺石、多水高嶺石、葉蠟石、云母類、伊利石、綠泥石、蛭石、蒙脫石，它們在自然界的產出形 態(tài)為粘土、泥巖、頁巖或塊狀礦石。
3. -種層狀礦物與納米羰基鐵插層復合材料的制備方法，其特征在于它的步驟如下： 1) 經分離提純的層狀礦物，加5至10倍重量，濃度3%至10%的鹽酸，再加入相當于層 狀礦物重量0. 5%至2%的連二亞硫酸鈉，攪拌均勻制成懸浮液礦漿，在室溫下反應6?24 小時，期間不斷攪拌； 2) 過濾或離心脫水，清洗2?4次，60至80° C烘干； 3) 冷卻至室溫后，每一份重量的層狀礦物加0. 8至1. 5份Fe (CO) 5，攪拌均勻后在高剪 切研磨機中研磨1至2小時； 4) 物料隔絕空氣加熱到150至300° C，恒溫0. 5至3小時，所得產物即為層狀礦物與 納米羰基鐵插層復合材料。
4. 根據(jù)權利要求3所述的一種層狀礦物與納米羰基鐵插層復合材料的制備方法，其特 征在于，所說的高剪切研磨機為球磨機、輥磨機、棒磨機、珠磨機中的一種。
【文檔編號】C01B33/38GK104058467SQ201410316577
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年7月6日 優(yōu)先權日:2014年7月6日
【發(fā)明者】葉瑛, 秦文莉, 陳雪剛, 紀曉聲, 李林蔚, 夏枚生, 閆康康 申請人:浙江大學