專利名稱：二氧化硅納米管和三氧化二鋁納米晶的制備方法
技術領域：
本發明涉及納米晶和納米管的制備方法，特別是涉及一種以高嶺土為原料制備二氧化硅納米管和三氧化二鋁納米晶的方法。
我國是高嶺土儲藏量最大的國家，尤其在吉林(渾江，梨樹)、四川等地儲量尤為豐富。目前國內高嶺土主要用于作為一般填料，因產品檔次低，質量差，附加值低，資源浪費等原因，嚴重限制了產品的應用領域，以至于經濟效益不十分理想。利用新技術將低附加值的普通高嶺土制備成高附加值的產品不但能使這種傳統產業尋找到發展道路，而且也是綜合利用天然資源的重要課題。
本發明的目的就是提供一種工藝簡單、操作方便、成本低、附加值高的以高嶺土為原料制備二氧化硅納米管和三氧化二鋁納米晶的方法。
本發明首先將高嶺土焙燒進行結構轉化，焙燒溫度為600～1000℃，時間為10～24小時，研磨粉碎為1～15μm后，將高嶺土粉與濃度為20％～80％酸性溶液按1∶2～8(重量)混合，在溫度為80～160℃下反應2～20小時，過濾，濾餅經水洗至中性，干燥，得管狀納米二氧化硅，內徑為20～40nm，外徑為90-100nm，長徑比為5～10。濾液加堿(如NaOH、NH3·H2O)中和得氫氧化鋁沉淀，過濾，濾餅經水洗至中性，經200-600℃焙燒6-12小時得直徑為20～80nm的三氧化二鋁納米晶體材料，濾液經濃縮得鈉鹽，為硫酸鈉或氯化鈉或硝酸鈉。
上述過程所使用的酸性物質為H2SO4、HCl、HNO3，其中以H2SO4為最佳。
二氧化硅納米管有不同于普通二氧化硅的特殊性質，有著無法比擬的優點。二氧化硅納米管的熱、磁、光、敏感特性和穩定性都不同于普通的二氧化硅，還具有如高活性、高強性、高硬度和良好的塑性等優點，不但反射紫外線能力強，穩定性好，而且低的楊氏模量、熱導率以及優良的吸附性能等也使二氧化硅納米管在橡膠、塑料、涂料、油墨、造紙、建材、日化等領域具有很好的應用前景。
為綜合利用高嶺土中所蘊含的各種元素，在利用硅元素制備出性能優良的二氧化硅納米管的同時，利用鋁元素制備出了納米三氧化二鋁，而且利用殘液合成出硫酸鈉，從而充分提高了高嶺土的綜合利用率。納米三氧化二鋁作為一種重要的化工原料，可廣泛應用于生產精密陶瓷材料、熒光材料、濕電材料，在化學工業上，可用作過濾器、分離器、高純氣體的純化等。硫酸鈉作為副產品，進一步降低產品的成本，可為企業增加可觀的經濟效益，增強企業的競爭力。
由于二氧化硅納米管形狀結構的特殊性，作為橡膠、塑料的補強填料比補強炭黑、白炭黑具有無可比擬的優勢1．較大徑長比將使補強性能大幅度提高；2．與橡膠、塑料等復合過程中，高分子會進入納米材料的管內，產生特殊的結合力，使補強性能大幅度提高；3．由于二氧化硅本身的耐磨性和管狀結構的補強性，可以將二氧化硅納米管應用在高檔橡膠制品(如輪胎等)中，提高目前輪胎的強度指標和耐磨指標，研究成功后將可能對國產輪胎帶來革命性的變化，參與國際市場競爭。
4．二氧化硅的高溫熱穩定性和耐腐蝕性使其作為高檔制品的補強劑具有特殊優勢，是其他納米材料填料無法比擬的；5．二氧化硅產品在市場競爭過程中，最不利的因素是生產成本比其他無機填料高。而利用高嶺土制備二氧化硅納米管，再對高嶺土進行綜合利用，使二氧化硅納米管的制備成本大幅度降低，生產成本低于任何高、低檔補強產品。
總之，二氧化硅納米管在價格上可以與任何抵擋補強劑競爭，在性能上可以與任何高檔補強劑競爭。
綜上所述，以高嶺土為原料生產制備二氧化硅納米管和三氧化二鋁納米晶，不但生產工藝簡單，價格便宜，性能優異，而且具有一系列重要的開發應用價值，產業化前景良好等優點。
下面結合實施例對本發明作進一步描述實施例1焙燒溫度為700℃，時間為13小時，研磨粉碎為6μm。將焙燒粉碎后的高嶺土1份(重量)與2份50％H2SO4混合，在130℃下反應4小時，冷卻，過濾，濾餅經水洗至中性，干燥，得管狀納米二氧化硅，平均內徑為30nm，外徑為95nm，長徑比為7。濾液加NaOH溶液中和得氫氧化鋁沉淀，過濾，濾餅經水洗至中性，經300℃焙燒8小時得平均直徑為50nm的三氧化二鋁納米晶體材料，濾液經濃縮得硫酸鈉。
實施例2焙燒溫度為850℃，時間為18小時，研磨粉碎為11μm。將焙燒粉碎后的高嶺土1份(重量)與3份40％HCl混合，在130℃下反應4小時，冷卻，過濾，濾餅經水洗至中性，干燥，得管狀納米二氧化硅，平均內徑為35nm，外徑為102nm，長徑比為6.5。濾液加NaOH溶液中和得氫氧化鋁沉淀，過濾，濾餅經水洗至中性，經350℃焙燒9小時得平均直徑為40nm的三氧化二鋁納米晶體材料，濾液經濃縮得氯化鈉。
實施例3焙燒溫度為800℃，時間為14小時，研磨粉碎為13μm。將焙燒粉碎后的高嶺土1份(重量)與5份40％HNO3混合，在100℃下反應6小時，冷卻，過濾，濾餅經水洗至中性，干燥，得管狀納米二氧化硅，平均內徑為32nm，外徑為130nm，長徑比為6。濾液加NaOH溶液中和得氫氧化鋁沉淀，過濾，濾餅經水洗至中性，經450℃焙燒9小時得平均直徑為42nm的三氧化二鋁納米晶體材料，濾液經濃縮得硝酸鈉。
權利要求
1.一種以高嶺土為原料制備二氧化硅納米管和三氧化二鋁納米晶的方法，其特征在于A首先將高嶺土進行焙燒，焙燒溫度為600-1000℃，時間為10-24小時；B焙燒后高嶺土研磨粉碎為1-15μm，將高嶺土粉與濃度為20％-80％酸性溶液按1∶2-8(重量)混合，在溫度為80-160℃下反應2-20小時，過濾，濾餅經水洗至中性，干燥，得管狀納米二氧化硅；C濾液加堿中和得氫氧化鋁沉淀，過濾，濾餅經水洗至中性，經200-600℃焙燒6-12小時，得直徑為20-80nm的三氧化二鋁納米晶體材料；D濾液經濃縮得鈉鹽。
2.如權利1所述一種以高嶺土為原料制備二氧化硅納米管和三氧化二鋁納米晶的方法，其特征在于所述的酸性物質為H2SO4、HCl或HNO3中的一種。
3.如權利1所述一種以高嶺土為原料制備二氧化硅納米管和三氧化二鋁納米晶的方法，其特征在于所述的酸性物質為H2SO4。
4.如權利1所述一種以高嶺土為原料制備二氧化硅納米管和三氧化二鋁納米晶的方法，其特征在于所述的堿為NaOH或NH3·H2O。
5.如權利1或2或3或4所述一種以高嶺土為原料制備二氧化硅納米管和三氧化二鋁納米晶的方法，其特征在于所制得的二氧化硅納米管內徑為20-40nm，外徑為90-100nm，長徑比為5-10。
6.如權利1或2或3或4所述一種以高嶺土為原料制備二氧化硅納米管和三氧化二鋁納米晶的方法，其特征在于所制得的三氧化二鋁納米晶體的直徑為20-80nm。
全文摘要
本發明涉及一種以高嶺土為原料制備二氧化硅納米管和三氧化二鋁納米晶的方法,綜合利用各種有用元素,制備二氧化硅納米管、三氧化二鋁納米晶和硫酸鈉(或氯化鈉)。產品可廣泛應用在橡膠、塑料、涂料、油墨、造紙、建材、日化等領域,特別作為橡膠、塑料制品的補強劑,二氧化硅納米管在價格上可以與任何低檔補強劑競爭,在性能上可以與任何高檔補強劑競爭,其生產工藝簡單,原料價廉豐富,性能優異。
文檔編號C01B33/12GK1318513SQ01119430
公開日2001年10月24日 申請日期2001年5月25日 優先權日2001年5月25日
發明者王子忱, 宋利珠, 趙敬哲, 董文鈞, 楊少鳳 申請人:吉林大學