專利名稱：一種凹凸棒土/二氧化硅復(fù)合粉末及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無機(jī)化學(xué)領(lǐng)域，進(jìn)一步地說，是涉及一種凹凸棒土 / 二氧化硅復(fù)合粉末及其制備方法。
背景技術(shù)：
凹凸棒土(Attapulgite)又稱坡縷石(Palygorskite)，是一種納米級多孔道晶體狀水鎂鋁硅酸鹽，不同于蒙脫土等層狀硅酸鹽，晶體呈棒狀或纖維狀結(jié)構(gòu)，長500 5000nm，直徑10 20nm，其晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在規(guī)律的，大小固定的一維孔道，其截面積為 3.7X6.4A，氣體分子、水分子和一定大小的極性有機(jī)分子能進(jìn)入孔道。這種類似于沸石通道的微孔道的存在，賦予凹凸棒土具有較大的比表面積和吸附性能。同時，由于單個晶體呈細(xì)小的棒狀、針狀和纖維狀，在分散時，棒狀纖維可保持多方位呈氈狀物無規(guī)則地沉積干燥后，凝聚體之間形成大小不均一的次生孔隙，使得凹凸棒土的比表面積進(jìn)一步增加，原土凹凸棒土粉體比表面積均大于125m2/g。另外，凹凸棒土單個晶體在二維方向上均達(dá)到了納米級，屬于納米粉體材料，并且其具有耐熱性好、價格低廉，是一種很有潛力的二維增強(qiáng)材料。 由于凹凸棒土獨特的晶體結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的特殊性能，使得凹凸棒土在阻隔材料、吸附材料、塑料材料中有諸多應(yīng)用，參見中國專利CN1394664A、CN101066766A、CN1737083A。凹凸棒土的基本結(jié)構(gòu)單元，又稱棒晶，是一種天然的一維無機(jī)納米材料，通常情況下容易聚集，形成緊密平行聚集的棒晶束或者由棒晶束間相互聚集而形成的各種聚集體。棒晶的聚集導(dǎo)致不能充分發(fā)揮其納米效應(yīng)和吸附效應(yīng)作用。為了提高凹凸棒土的分散性能，一般采用硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行表面處理以便降低凹凸棒土表面能，參見中國專利 CN101613112A。但是硅烷偶聯(lián)劑價格較高，且工藝繁瑣。因此，尋找一種低成本，工藝簡單的方法降低凹凸棒土表面能，提高凹凸棒土的分散性能是目前亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的生產(chǎn)成本高，工藝繁瑣的問題，本發(fā)明提供了一種凹凸棒土 / 二氧化硅復(fù)合粉末及其制備方法，該復(fù)合粉末具有多孔結(jié)構(gòu)并且制備工藝簡單。本發(fā)明的目的之一是提供一種凹凸棒土 / 二氧化硅復(fù)合粉末。包括凹凸棒土和二氧化硅，所述凹凸棒土和二氧化硅的重量比為25 75 75 25，優(yōu)選為 40 60 75 25。以上所述凹凸棒土，是現(xiàn)有技術(shù)中通常存在的凹凸棒土。所述凹凸棒土在水中可以形成溶膠或懸浮液。本發(fā)明所述的復(fù)合粉末中棒狀的凹凸棒土晶體和球形的二氧化硅粒子為相隔離的分散狀態(tài)，其中棒狀的凹凸棒土晶體和二氧化硅粒子相互隔離，二氧化硅粒子起到了防止凹凸棒土晶體形成緊密平行聚集的棒晶束或者由棒晶束間相互聚集而形成的各種聚集體的作用。因為這種特殊的隔離狀態(tài)，使得凹凸棒土的次生空隙進(jìn)一步增多，增加了凹凸棒土的介孔含量。本發(fā)明的目的之二是提供一種所述的凹凸棒土 / 二氧化硅復(fù)合粉末的制備方法。本發(fā)明的復(fù)合粉末中棒狀的凹凸棒土晶體和球形的二氧化硅粒子的相互隔離的狀態(tài)是由其制備方法所決定的。本發(fā)明通過將凹凸棒土懸浮液和二氧化硅粉末的懸浮液， 或者硅溶膠在液體狀態(tài)下混合均勻，使棒狀的凹凸棒土晶體和球狀的二氧化硅粒子在水中保持互相隔離分散的狀態(tài)，然后經(jīng)噴霧干燥，通過將懸浮液中的水快速干燥而使凹凸棒晶和二氧化硅小球的互相隔離分散的狀態(tài)能夠快速固定下來。本發(fā)明的復(fù)合粉末的制備方法為將凹凸棒土與水通過高剪切乳化機(jī)預(yù)先配制成一定濃度的懸浮液，然后與二氧化硅粉末的懸浮液或硅溶膠按所述比例進(jìn)行液態(tài)混合，待混合均勻后，通過噴霧干燥的方法制備得到。具體來講，本發(fā)明所述的凹凸棒土 / 二氧化硅復(fù)合粉末的制備方法，包含有以下步驟a、將所述凹凸棒土與水配制成凹凸棒土懸浮液；b、將二氧化硅粉末與水配制成二氧化硅懸浮液，按所述量將二氧化硅懸浮液與步驟a制得的凹凸棒土懸浮液混合均勻，得到混合液；或者按所述量將硅溶膠與步驟a制得的凹凸棒土懸浮液混合均勻，得到混合液；C、再將所得到的混合液噴霧干燥，得到所述二氧化硅/凹凸棒土復(fù)合粉末。以上方法中所述的水優(yōu)選為蒸餾水。蒸餾水中不含離子，更有利于凹凸棒土在懸浮液中的分散。以上方法步驟a和步驟b中，制備凹凸棒土懸浮液或制備二氧化硅懸浮液的方法可采用現(xiàn)有技術(shù)中各種制備懸浮液的方法及設(shè)備，一般可將凹凸棒土或二氧化硅粉末與水通過高剪切乳化機(jī)配制成一定濃度的懸浮液。凹凸棒土懸浮液的濃度以加入凹凸棒土充分分散后仍能保持流動性為宜，一般約為5% 20% Wt0 二氧化硅懸浮液的濃度也是以加入二氧化硅充分分散后仍能保持流動性為宜，一般約為5 20% Wt0以上方法步驟b中所述二氧化硅粉末的粒子平均粒徑為10 200nm，優(yōu)選為10 50nmo以上方法步驟b中所述硅溶膠(mSiA · IiH2O)是粒徑范圍為10-20nm的二氧化硅微粒分散在水中形成的穩(wěn)定懸浮液。本發(fā)明所述的硅溶膠可采用現(xiàn)有技術(shù)中的各種硅溶膠
女口
廣 PFt ο本發(fā)明復(fù)合粉末的制備方法步驟b中所述的凹凸棒土懸浮液中所含凹凸棒土的重量(即凹凸棒土懸浮液干重)與二氧化硅懸浮液中所含二氧化硅的重量(二氧化硅懸浮液干重)之比為25 75 75 25，優(yōu)選為40 60 75 25;或者所述的凹凸棒土懸浮液中所含凹凸棒土的重量與硅溶膠中所含二氧化硅的重量(硅溶膠干重)之比為 25 75 75 25，優(yōu)選為 40 60 75 25。以上步驟b中將二氧化硅懸浮液或硅溶膠與層狀無機(jī)粘土懸浮液的混合可采用現(xiàn)有技術(shù)中各種混合設(shè)備來進(jìn)行，如高速攪拌機(jī)、高剪切分散乳化機(jī)、磁力攪拌機(jī)等。以上步驟c中的噴霧干燥方法可采用現(xiàn)有技術(shù)中通用的噴霧干燥設(shè)備，其噴霧干燥的工藝條件也采用常規(guī)條件，一般進(jìn)口溫度可以控制在140-160°C，出口溫度可以控制在 50-70 O。
本發(fā)明采用無機(jī)納米二氧化硅粒子作為凹凸棒土晶體間的隔離物，制備出一種不需要經(jīng)過有機(jī)處理的無機(jī)粒子復(fù)合粉末，該粉末不含有機(jī)組分、具有良好吸附性能并且大大降低了制造成本，是一種理想的多孔型無機(jī)納米吸附劑。采用本發(fā)明所述的方法制備的凹凸棒土 / 二氧化硅復(fù)合粉末比純凹凸棒土比表面積和/或孔容大，可用于催化劑載體、吸附材料等多方面。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例，進(jìn)一步說明本發(fā)明。實施例1將凹凸棒土(安徽省明美礦物有限公司生產(chǎn))1000克與水19000毫升按5wt%的濃度混合，經(jīng)高剪切分散機(jī)(FLUK0生產(chǎn)、型號FA2Q分散并放置一周以上，然后再一次通過高剪切分散機(jī)分散得到充分剝離懸浮液。將分散好的凹凸棒土的懸浮液取1050克與硅溶膠70克(青島化工廠生產(chǎn)、牌號ZA-25、Si&濃度25wt%、粒徑約10 20nm、pH值大約7) 按各自干重的75 25配比混合，再在已混合溶液中加入280毫升的水，此時整個混合溶液中固體含量5wt%，用實驗室高剪切分散乳化機(jī)以10000轉(zhuǎn)每分鐘攪拌30分鐘，在噴霧干燥試驗裝置(QP-3X型號，北京北化研石化設(shè)計院生產(chǎn))中噴霧，噴霧干燥器的進(jìn)口溫度為150°C，出口溫度為60°C，于旋風(fēng)分離器中收集得到干燥后凹凸棒土與二氧化硅比例為 75/25的2#復(fù)合粉末。實施例2將二氧化硅粉末(沈陽化工股份有限公司，粒徑范圍為10 30nm) 1000克與 19000毫升水按5wt%的濃度混合，經(jīng)高剪切分散機(jī)(同實施例1)分散得到穩(wěn)定的懸浮液。 取已制備好凹凸棒土懸浮液(同實施例1)840克與經(jīng)分散得到的二氧化硅懸浮液560克按各自干重的60/40配比混合，按與實施例1相同的條件進(jìn)行剪切分散并噴霧干燥后，得到凹凸棒土與二氧化硅比例為60/40的3#復(fù)合粉末。實施例3將已制備好的凹凸棒土懸浮液(同實施例1)700克與硅溶膠(同實施例1) 140克按各自干重的50/50配比混合，加水560毫升將混合液固含量調(diào)整5wt%，其余處理方法和操作條件與實施例1相同，經(jīng)噴霧干燥得到凹凸棒土與二氧化硅比例為50/50的4#復(fù)合粉末。實施例4將凹凸棒土懸浮液(同實施例1)350克與硅溶膠(同實施例1)210克按各自干重的25/75配比混合，加入水840毫升，混合液固含量為5wt %，其余處理方法和操作條件與實施例1相同，經(jīng)噴霧干燥得到凹凸棒土與二氧化硅比例為25/75的5#復(fù)合粉末。比較例1凹凸棒土(安徽省明美礦物有限公司生產(chǎn))未經(jīng)任何處理記為1#粉末。比較例2硅溶膠(青島化工廠生產(chǎn)、牌號ZA_25、Si02濃度25wt%、粒徑約10-200納米、pH 值大約7)280克，加入水1120毫升，混合液固含量5wt%，其余處理方法和操作條件與實施例1相同，經(jīng)噴霧干燥得到純二氧化硅6#粉末。
將實施例1 4所制備的2 5#復(fù)合粉末、比較例1、2制備的1#、6#粉末經(jīng)介孔 /微孔分析儀(ASAP 2020，美國Micromeritics公司)測試得到復(fù)合粉末和粉末的比表面積和孔容性能列于表1中。表 權(quán)利要求
1.一種凹凸棒土 / 二氧化硅復(fù)合粉末，包括凹凸棒土和二氧化硅，所述凹凸棒土和二氧化硅的重量比為25 75 75 25，所述復(fù)合粉末由包括以下步驟的方法制備而成a、將所述凹凸棒土與水配制成凹凸棒土懸浮液；b、將二氧化硅粉末與水配制成二氧化硅懸浮液，按所述量將二氧化硅懸浮液與步驟a 制得的凹凸棒土懸浮液混合均勻，得到混合液；或者按所述量將硅溶膠與步驟a制得的凹凸棒土懸浮液混合均勻，得到混合液； C、再將所得到的混合液噴霧干燥，得到所述二氧化硅/凹凸棒土復(fù)合粉末。
2.如權(quán)利要求1所述的凹凸棒土/ 二氧化硅復(fù)合粉末，其特征在于 步驟b所述所述二氧化硅粉末的粒徑范圍為10 200nm。
3.如權(quán)利要求1所述的凹凸棒土/ 二氧化硅復(fù)合粉末，其特征在于 所述凹凸棒土和二氧化硅的重量比優(yōu)選為40 60 75 25。
4.如權(quán)利要求1 3之一所述的凹凸棒土/ 二氧化硅復(fù)合粉末的制備方法，包含以下步驟a、將所述凹凸棒土與水配制成凹凸棒土懸浮液；b、將二氧化硅粉末與水配制成二氧化硅懸浮液，按所述量將二氧化硅懸浮液與步驟a 制得的凹凸棒土懸浮液混合均勻，得到混合液；或者按所述量將硅溶膠與步驟a制得的凹凸棒土懸浮液混合均勻，得到混合液； C、再將所得到的混合液噴霧干燥，得到所述二氧化硅/凹凸棒土復(fù)合粉末。
5.如權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于所述凹凸棒土與水配制成凹凸棒土懸浮液的濃度為5 20% Wt0
6.如權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于 所述水為蒸餾水。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種凹凸棒土/二氧化硅復(fù)合粉末及其制備方法。本發(fā)明所述的復(fù)合粉末包括凹凸棒土和二氧化硅，所述凹凸棒土和二氧化硅的重量比為25∶75～75∶25，所述復(fù)合粉末的制備方法包括先將所述凹凸棒土與水配制成凹凸棒土懸浮液；然后按所述量將二氧化硅懸浮液或硅溶膠與步驟a制得的凹凸棒土懸浮液混合均勻，得到混合液；再將所得到的混合液噴霧干燥，得到所述二氧化硅/凹凸棒土復(fù)合粉末。采用本發(fā)明所述方法制備的凹凸棒土/二氧化硅復(fù)合粉末不含有機(jī)組分、具有良好吸附性、分散性能，并且大大降低了制造成本，是一種理想的多孔型無機(jī)納米吸附劑，用途廣泛。
文檔編號B01J35/10GK102284279SQ201010204328
公開日2011年12月21日 申請日期2010年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月18日
發(fā)明者喬金梁, 劉軼群, 潘國元, 苗壯, 郭敏 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司北京化工研究院