高岭石-银纳米复合物的制备

高岭石-银纳米复合物的制备【摘要】以高岭石-二甲基亚砜作为先驱体,采用置换取代法制备高岭石-甲醇复合物(kao-meoh),再以高岭石/甲醇复合物为前驱体吸附硝酸银溶液中的ag+，以高岭石的层间作为反应器来控制银粒子的大小,用硼氢化钠还原出单质银,制备高岭石-银纳米复合物。【关键词】高岭土-纳米银；插层；制备1.高岭石的概述地球上的矿产，主要分为能源矿产、金属矿产和非金属矿产三种类型。高岭土是一种重要的非金属矿产，与云母、石英、碳酸钙并称为四大非金属矿产。我国是世界上最早发现和利用高岭土的国家，远在3000年前的商代所出现的刻纹白陶，就是以高岭土制成。江西景德镇生产的瓷器名扬中外，历来有“白如玉、明如镜、薄如纸、声如罄”的美誉。中国是高岭土的主要出产国，产地有江西景德镇、江苏徐州、河北唐山、湖南醴陵等。现在高岭土（kaolin）一词就是来源于景德镇东郊的高岭村产的一种可以制瓷的白色粘土而得名。2.银纳米材料的概述2.1性质纳米超微粒子（1～100nm），其本身具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，与普通大颗粒材料相比，呈现出许多传统材料所不具备的物理、化学性质，近年来已成为物理、化学、材料学科研究的前沿领域。纳米银颗粒因具有表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等，显示出许多独特的物理和化学性质。纳米银粉具有很高的表面活性及催化性能，优异的导电性、抗氧化性以及低温烧结性能等。但纳米粒子也易于团聚，制备过程中常常需加分散剂等，以层状硅酸盐的片层为纳米反应器的模板制备纳米材料是当前材料研究领域的热点之一。2.2制备方法根据制备原理的不同，银纳米材料的制备方法有物理法、化学法和生物法。目前,银纳米材料的制备方法主要有化学还原法、沉积法、电极法、蒸镀法、机械研磨法等。2.2.1化学还原法化学还原法是制备银纳米材料的主要方法，具有设备简单、操作方便、反应条件温和、制得的纳米银产量大、纯度高、颗粒的大小和形状可控、粒径分布相对集中等诸多优点。此法所采用的银盐主要为agno3或银氨络合物；常用的还原剂是h2o2、甲醛、水合肼、抗坏血酸、柠檬酸、乙醇、糖、有机胺、多元醇、亚铁盐等；常用的分散剂与保护剂有聚乙烯吡咯烷酮（pvp）、明胶、一元醇、多元醇、山梨醇、芳香醇蜡、多元芳香烃。分散剂与保护剂的作用是使被还原出的ag处于高度分散状态，以防止其团聚结晶。2.2.2电化学法电化学法是直接用电解的方法制备纳米银，电解过程中需要加入配位稳定剂，以防止电解生成的单质颗粒团聚，获取的实验结果比较单一，分别以颗粒状、棒状和树枝状结构的银纳米材料为主。3.高岭石夹层复合物的概述高岭土夹层复合物属二维纳米材料,表面性质和用途发生了很大变化,在催化剂、金属回收、净水剂和吸附剂等方面具有新的用途,由原先的体积填料转向功能性填料。3.1高岭土插层反应的机理一般认为,高岭土的插层反应是通过层间氢键的断裂以及和插层分子形成新的氢键而实现的。也可以说是电子转移机理。3.2制备插层法是最有效地制备纳米级高岭土的方法。插层法是指在不改变具有层片状主体结构特征的前提下,客体能够可逆的插入主体层片之间的缝隙中。某些有机小分子能够直接破坏高岭石层与层之间形成的氢键插入到高岭土的层间,撑大了高岭石层间距,使高岭石层与层产生剥离。影响插层的因素较多,包括有机物本身的特性、含水量、温度、压力、ph值以及高岭土的粒径大小、结晶程度等。根据插层剂和高岭土插层反应的状态不同,高岭土插层反应的方法分为液相插层法和固相插层法。3.2.1固相插层法固相插层法主要是利用外来的机械力来促进固体插层剂与高岭土作用而进入高岭土层间，即将高岭土与固体插层剂混合后研磨来完成插层反应。下述液相插层法的驱动力以浓度梯度为主,这里则是利用了外力使插层剂进入高岭土层间。优点是插层效果好，即使是少量的研磨也能显著地提高高岭土的插层率。缺点是插层时间长，而且过度的研磨会破坏高岭土的晶体结构，降低高岭土的有序度，增加其本身的体缺陷早期研究中,就有人将高岭土和醋酸钾或尿素等一起研磨,得到高岭土夹层复合物。一般说来,人工和fisher研磨可以剥离高岭土的层状结构,而retsch球磨机研磨后可以得到新的夹层复合物。固相插层法可以剥离高岭土的层状结构,制备无定形高岭土,但同时也会导致片层的。3.2.2液相插层法液相插层法是插层剂在液态、溶液或熔融状态下进行的插层反应。大多数插层反应都是在液相中进行的。由于插层剂自身特点和高岭土插层反应的特殊性,并不是所有的分子都能够直接插入高岭土层间,大多数分子通过置换的方法嵌入高岭土层间,具体如下:（1）直接插层：直接插层法是仅少量极性小分子、短链脂肪酸的一价碱金属盐和碱金属的卤化物可以直接嵌入高岭土层间。优点是操作简单，反应条件容易控制，取代作用完全，插层效果好。缺点是插层时间太长，插层效率低。通过直接插层得到的小分子/高岭土夹层复合物通常作为媒介物,为大分子置换插层提供可能性。我们称之为”预插层体”。（2）两步插层：对于不能和高岭土直接插层的物质,它们可以置换高岭土”预插层体”层间的小分子,通过置换的方法制备高岭土夹层复合物。（3）蒸发溶剂插层法：蒸发溶剂插层法是小分子在蒸发溶剂、浓缩混合体系的过程中进入高岭土层间而实现的插层反应，整个反应过程溶剂不断蒸出,溶液浓度不断增大。3.3高岭土夹层复合物的结构和表征研究高岭土夹层复合物的结构通常从两个方面入手,一是插层分子在高岭土层间的排列方式；二是插层后高岭土自身结构的变化,发生插层反应的基团等等。插层后高岭土最明显的变化就是沿c轴膨胀,膨胀的程度是由层间小分子的大小和排列方式决定的。表征插层高岭土最重要最常用的手段就是xrd和拉曼光谱或红外光谱(ir)分析,前者直观反映插层反应的程度;后者反映小分子结合的部位,也就是插层反应发生的官能团,高岭土各个基团插层后振动频率的变化。tem或sem是表征插层后高岭土形态的有效方式。3.4展望高岭土的用途多种多样,随着经济的发展,各行各业对高岭土的需求量急速增加,对高岭土的质量要求也越来越高,普通的高岭土已不能满足工业的需求,综合开发利用高岭土资源势在必行。途径就是发展深加工,开发新产品,从传统的应用领域转向高科技、新技术、高效益的领域。[科]【参考文献】［１］王林江,吴大清.高岭石有机插层反应的影响因素[j].化工矿物与加工,2001(5):29-32.［２］宋晓岚,杨振华,邱冠周等.纳米氧化铈在高新技术中的应用及其制备研究进展[j].材料导报,2003,17(12):36-39.［３］陈杨,李霞章,陈志刚.纳米ceo2磨料对gaas晶片的cmp性能研究[j].半导体技术,2006,31(4):253-257.［４］陈建清，陈杨,陈志刚等.超细ceo2磨料对硅片的抛光性能研究[j].中国机械工程,2004,15(8):743-745.［５］王万军,郭方方,吴志强,张晓东.高岭石－纳米银复合物的制备与表征[j].资源环境与工程,2009(2)71-73.［６］段春英,周静芳.银纳米颗粒的制备及表征[j].化学研究,2003,14(3):18-20.［７］殷海荣,武丽华等.纳米高岭土的研究与应用[j].材料导报，2006,20(6):196.