一种液相剥离天然黄铁矿制备纳米超细粉体的方法技术

本发明专利技术公开了一种液相剥离天然黄铁矿制备纳米超细粉体的方法，通过将天然黄铁矿细砂投入到含有聚丙烯酸和/或聚丙烯酸钠的剥离液中，在间歇超声处理条件下，将体系置于50～110℃中，进行搅拌剥离处理，处理完毕后分离回收剥离液并滤掉矿渣，对剥离后的细粉进行离心、洗涤、干燥，得到纯度较高的天然黄铁矿纳米超细粉体，同时，剥离液和矿渣可回收利用，剥离液重复利用率高并表现出稳定的分散性能。本发明专利技术方法的转化率最高达88.6％，工艺简单，经济节约，条件温和，得到的纳米超细粉体的大小为100～300nm，且表现出层状稳定结构特征，可以直接地应用于电化学、催化和吸附等领域，具有广泛的实际应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种液相剥离天然黄铁矿制备纳米超细粉体的方法，特别涉及一种利用聚丙烯酸和/或聚丙烯酸钠剥离液剥离天然黄铁矿制备纳米超细粉体的方法。
技术介绍
黄铁矿的主要化学成分为FeS2，其晶体属于等轴晶系的硫化物矿物，在地壳中分布广泛。FeS2具有容量大、环保、电压平台宽等特点，可作为锂-二硫化亚铁电池的正极材料；FeS2还具有优异的光学性能以及较小的禁带宽度，可应用于太阳能电池方面；黄铁矿也可应用于废水吸附处理领域，但因其颗粒较大、比表面积较小、化学活性低、反应速率慢，在污水处理方面存在低效率和低性能的问题。因而，如何从天然矿物中制备得到超细纳米级晶体黄铁矿成为目前亟待解决的问题。目前，剥离天然矿物制备纳米超细粉体的主要方法有机械球磨法、气固剥离法、超声剥离法和液相插层剥离法。机械球磨法制备得到的超细粉体的颗粒大小不均，且往往大于1μm，纯度也难以保证(李世青等.保温材料与节能技术,2006(5):12-14)。气固剥离法又叫气流粉碎法，主要是利用矿物颗粒之间的相互碰撞与摩擦来实现对矿物的粉碎和剥离，该方法对设备要求较高，能耗大，且很难实现超细粉体的制备(中国专利200710098966.3)。超声剥离法主要对层状矿物材料表现出很好的剥离效果，能够制备得到纯度较高的产品，但对液体插层剂的要求较高(郭晓琴等,功能材料,2013,44(12):1800-1804)。液相插层剥离法对硬度较低的天然层状硅酸盐表现出很好的剥离效果，主要是通过化学或物理的方法对层间的静电作用力进行破坏从而获得最小的结构单元，但剥离效果往往受温度、剥离液及反应介质等影响(TranNH,etal.Langmuir,2006,22(15):6696-6700)。天然黄铁矿的超细化剥离主要包括机械球磨、气流粉碎及助磨剂分散三种方法。上述三种方法制备得到的黄铁矿的超细粉体的颗粒大小不均，纯度难以提高，且成本相对较高，制约了对黄铁矿的进一步开发应用。显然，对天然高密度矿物的稳定超细化剥离是目前研究的空白。聚丙烯酸或聚丙烯酸钠无毒、易溶于水，可在碱性和中等浓缩倍数条件下运行而不结垢。聚丙烯酸能将碳酸钙、硫酸钙等盐类微晶或泥沙分散于水中不沉淀，达到阻垢的目的，作为循环冷却水系统阻垢分散剂，并可应用于造纸和纺织、印染、陶瓷、涂料等行业。而低分子量的聚丙酸钠表现出与聚丙烯酸类似或更好的广泛用途。基于此，聚丙烯酸或聚丙烯酸钠能够用于天然层状硅酸盐矿物的剥离。然而，层状硅酸盐与黄铁矿的本质区别在于两者的硬度及结构不同。层状硅酸盐中的硅氧骨干由每个四面体均以三个角顶与周围三个四面体相连而成六角网孔状的单层构成，其所有活性氧都指向同一侧并与其他金属阳离子(主要是Mg2+、Fe2+、Al3+等)相结合，从而使得亲水聚合物聚丙烯酸能在-SiONa和聚丙烯酸质子之间通过离子交换插层进入层间，最终实现层状剥离。此外，天然黄铁矿的硬度较层状硅酸盐矿物大，其结构类似于NaCl的立方体结构，且易被氧化。由于存在上述技术问题，尚未有液相剥离天然黄铁矿制备纳米超细粉体的报道。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种液相剥离天然黄铁矿制备纳米超细粉体的方法。该方法利用高分子化合物聚丙烯酸和/或聚丙烯酸钠溶液作为剥离液，充分发挥其高分散的特性，在一定的温度条件下，通过持续搅拌和间歇超声处理工艺，加速剥离液分子快速嵌插进入黄铁矿矿石插层中，经处理后得到结构稳定、结晶度较高的黄铁矿纳米超细粉体。本专利技术的技术方案如下：一种液相剥离天然黄铁矿制备纳米超细粉体的方法，具体步骤如下：将黄铁矿细砂加入到体积浓度为0.1％～20％的剥离液中，在50℃～110℃油浴条件下，边搅拌边进行间歇超声处理，每间隔30～60min超声处理5～25min，连续剥离反应4～36h后，过滤，分离得到剥离液、矿渣和超细粉体，将超细粉体分别用水和乙醇离心洗涤，烘干即得到黄铁矿超细粉体，剥离液和矿渣回收利用，所述的剥离液选自聚丙烯酸溶液、聚丙烯酸钠溶液或者聚丙烯酸和聚丙烯酸钠的混合溶液。所述的黄铁矿细砂的尺寸小于0.5mm。优选地，所述的油浴温度为90℃。优选地，所述的剥离反应时间为8h。所述的搅拌速度为500～1500r/min。所述的聚丙烯酸和聚丙烯酸钠的混合溶液通过将体积浓度相同的、均为0.1％～5％的聚丙烯酸溶液和聚丙烯酸钠溶液按体积比为4:1～1:4混合得到，优选地，聚丙烯酸溶液和聚丙烯酸钠溶液的体积比为1:1。与现有技术相比，本专利技术具有以下显著优点：本专利技术采用无毒、结构稳定、廉价易得的聚丙烯酸或聚丙烯酸钠制备矿物剥离液，实现了天然黄铁矿的液相无损剥离，解决了天然黄铁矿剥离中易氧化的问题；制备得到的纳米超细粉体的大小为100～300nm，且颗粒大小分布均匀，结晶度好，具有层状结构，在短时间内，转化率最高可达88.6％；同时剥离液可以重复使用，节约环保。本专利技术的剥离方法简单，经济节约，条件温和，制备得到的纳米超细粉体可以直接地应用于电化学、催化和吸附等领域，具有广泛的实际应用价值。附图说明图1不同实施例中制备得到的黄铁矿纳米超细粉体样品的XRD图谱。图2实施例8制备得到的黄铁矿纳米超细粉体样品的FESEM图片。图3实施例8制备得到的黄铁矿纳米超细粉体样品的TEM图片。图4为黄铁矿(FeS2)晶体的标准XRD图谱(JCPDSNo.71-1680)。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步详述。实施例1准确称取0.20g的黄铁矿细砂投入到含有100mL0.5％的聚丙烯酸剥离液的250mL三颈烧瓶中，在50℃油浴条件下，在500r/min的搅拌速度下，每间隔1小时进行超声处理5分钟，连续剥离反应4小时后，停止反应并对处理后的产物进行低速离心处理，分离得到矿渣和超细粉体。将获得矿渣和超细粉体分别用30mL的去离子水洗涤，在剧烈摇晃数下后置于超声清洗机中分散洗涤附着在样品表面的聚丙烯酸分子，将液体倒入离心管中进行离心(8500r/min，1min)，弃去液体，如此重复4次；加入30mL无水乙醇，用超声清洗机进行超声洗涤后，8500r/min离心1min，弃去液体，如此重复2次；将矿渣和粉体置于60℃烘箱中烘干处理12小时，即得到黑色黄铁矿超细粉体样品，将矿渣和粉体称重后计算转化率为15.6％。实施例2准确称取0.20g的黄铁矿细砂投入到含有100mL0.5％的聚丙烯酸剥离液的250mL三颈烧瓶中，在90℃油浴条件下，在1000r/min的搅拌速度下，每间隔1小时进行超声处理10分钟，连续剥离反应8小时后，停止反应并对处理后的产物进行低速离心处理，分离得到矿渣和超细粉体。将获得矿渣和超细粉体分别用30mL的去离子水洗涤，在剧烈摇晃数下后置于超声清洗机中分散洗涤附着在样品表面的聚丙烯酸分子，将液体倒入离心管中进行离心(8500r/min，1min)，弃去液体，如此重复4次；加入30mL无水乙醇，用超声清洗机进行超声洗涤后，8500r/min离心1min，弃去液体，如此重复2次；将矿渣和粉体置于60℃烘箱中烘干处理12小时，即得到黑色黄铁矿超细粉体样品，将矿渣和粉体称重后计算转化率为23.0％。实施例3准确称取0.20g的黄铁矿细砂投入到含有100mL0.5％的聚丙烯酸剥离液本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液相剥离天然黄铁矿制备纳米超细粉体的方法，其特征在于，具体步骤如下：将黄铁矿细砂加入到体积浓度为0.1％～20％的剥离液中，在50℃～110℃油浴条件下，边搅拌边进行间歇超声处理，每间隔30～60min超声处理5～25min，连续剥离反应4～36h后，过滤，分离得到剥离液、矿渣和超细粉体，将超细粉体分别用水和乙醇离心洗涤，烘干即得到黄铁矿超细粉体，剥离液和矿渣回收利用，所述的剥离液选自聚丙烯酸溶液、聚丙烯酸钠溶液或者聚丙烯酸和聚丙烯酸钠的混合溶液。

【技术特征摘要】
1.一种液相剥离天然黄铁矿制备纳米超细粉体的方法，其特征在于，具体步骤如下：将黄铁矿细砂加入到体积浓度为0.1％～20％的剥离液中，在50℃～110℃油浴条件下，边搅拌边进行间歇超声处理，每间隔30～60min超声处理5～25min，连续剥离反应4～36h后，过滤，分离得到剥离液、矿渣和超细粉体，将超细粉体分别用水和乙醇离心洗涤，烘干即得到黄铁矿超细粉体，剥离液和矿渣回收利用，所述的剥离液选自聚丙烯酸溶液、聚丙烯酸钠溶液或者聚丙烯酸和聚丙烯酸钠的混合溶液。2.根据权利要求1所述的液相剥离天然黄铁矿制备纳米超细粉体的方法，其特征在于，所述的聚丙烯酸和聚丙烯酸钠的混合溶液通过将体积浓度相同的、均为0.1％～5％的聚丙烯酸溶液和聚丙烯酸钠溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘孝恒，王伟伟，沈志，潘俊杰，罗洁，李浩林，朱丹，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32