一种粘土材料的插层方法、二维材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种粘土材料的插层方法、二维材料及其制备方法与应用。所述插层方法包括如下步骤：取高分子溶液与粘土材料的混合物，经研磨或球磨，所述高分子插层剥离所述粘土材料；其中，所述高分子溶液中高分子的质量分数为0.5

【技术实现步骤摘要】
一种粘土材料的插层方法、二维材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于纳米材料
，具体涉及一种粘土材料的插层方法、二维材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]粘土矿物材料由于其储量丰富、来源可持续、天然无污染等特点，成为当前的热点领域。二维粘土矿物材料大规模应用的前提是实现其可控制备，二维材料的制备方法主要包括“自下而上”的化学气相沉积法和“自上而下”的剥离法。其中，化学气相沉积法可以制备高质量的单层二维材料，但该方法规模小、成本高，且不适用于制备粘土矿物这类具有复杂成分和结构的多元材料。与之相对，剥离法可用于制备粘土矿物的二维材料，然而，目前常规的粘土矿物的剥离方法所得的二维材料片径较小、耗时较长且有时会用到腐蚀性试剂。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种一种粘土材料的插层方法，能够实现大片径、高质量二维矿物材料的绿色、高效、大规模剥离制备。
[0004]本专利技术还提出一种二维材料的制备方法。
[0005]本专利技术还提出一种二维材料。
[0006]本专利技术还提出一种复合材料。
[0007]本专利技术还提出一种复合材料的制备方法。
[0008]本专利技术还提出一种玻璃涂层材料。
[0009]本专利技术还提出上述二维材料或复合材料的应用。
[0010]本专利技术的第一方面，提出了一种粘土材料的插层方法，包括如下步骤：取高分子溶液与粘土材料的混合物，经研磨或球磨，所述高分子插层剥离所述粘土材料；其中，所述高分子溶液中高分子的质量分数为0.5
‑
3％。
[0011]根据本专利技术实施例的粘土材料的插层方法，至少具有以下有益效果：
[0012]本专利技术提供了一种高分子插层黏附剥离粘土材料，得到二维粘土矿物材料的方法，通过研磨或球磨层状粘土材料与高分子溶液的混合物，使得高分子黏附和插层在层状粘土材料内部，从而扩大层状粘土的层间距，减小层间相互作用，同时通过施加在层间的剪切力，促进二维粘土材料片层的滑离与剥落。本专利技术中高分子溶液中高分子的质量分数为0.5
‑
3％，能够实现大片径、高质量二维矿物材料的绿色、高效、大规模剥离制备，操作过程简单方便，制备时间较短，天然无污染、能耗低、适用于大规模工业生产。
[0013]所述粘土材料为粘土矿物材料。
[0014]本专利技术的第二方面，提出了一种二维材料的制备方法，所述制备方法包括：利用上述的插层方法，使所述高分子插层剥离所述粘土材料，得到所述二维材料。
[0015]根据本专利技术实施例的二维材料的制备方法，至少具有以下有益效果：
[0016]本专利技术通过采用高分子插层黏附制备二维粘土矿物材料，制得的二维材料片径大、质量高，制备过程天然无污染，能够实现大片径、高质量二维粘土矿物材料的绿色、高效、大规模剥离制备，操作过程简单方便、天然无污染、能耗低、适用于大规模工业生产。
[0017]在本专利技术的一些实施方式中，所述高分子包括天然改性高分子。
[0018]在本专利技术的一些实施方式中，所述高分子包括羟基或羧基中的至少一种。
[0019]在本专利技术的一些实施方式中，所述高分子包括羧甲基纤维素钠、海藻酸钠、甲壳素、壳聚糖、明胶或蛋白质中的至少一种。
[0020]通过上述实施方式，高分子选自富含羟基、羧基官能团的天然改性高分子。粘土矿物材料在自然界中来源广泛、天然无毒、成本低廉，可循环使用，且其表面具有悬挂羟基，层间有自带电荷，可以与高分子之间形成丰富的相互作用，从而促进高分子的插层和黏附。
[0021]在本专利技术的一些实施方式中，所述高分子溶液包括高分子和溶剂。优选地，所述溶剂包括水、醋酸、乙醇或丙酮中的至少一种。更优选地，所述水为去离子水。
[0022]在本专利技术的一些实施方式中，所述高分子与粘土材料的质量比为(0.1
‑
50):1。
[0023]在本专利技术的一些实施方式中，所述粘土材料包括高岭石族粘土、蒙脱石族粘土、伊利石族粘土、绿泥石族粘土或蛭石粘土中的至少一种。
[0024]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述粘土材料包括高岭石、蒙脱石、伊利石、绿泥石或蛭石中的至少一种。
[0025]在本专利技术的一些实施方式中，所述粘土材料的粒径为3
‑
8mm。
[0026]在本专利技术的一些实施方式中，所述粘土材料包括上海西格玛奥德里奇贸易有限公司的蛭石颗粒、上海西格玛奥德里奇贸易有限公司的蒙脱土颗粒、新疆尉犁蛭石颗粒、河北灵寿蛭石颗粒或上海麦克林生化科技有限公司的蛭石颗粒。
[0027]在本专利技术的一些实施方式中，所述制备方法包括如下步骤：取高分子溶液与粘土材料的混合物，经研磨或球磨，所述高分子插层剥离所述粘土材料，得到分散液Ⅰ，去除所述高分子，得到所述二维材料。
[0028]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述研磨的时间为12h以内。
[0029]在本专利技术的一些更优选的实施方式中，所述研磨的时间为8h以内。
[0030]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述研磨转速为90
‑
110r/min。
[0031]在本专利技术的一些更优选的实施方式中，采用臼式研磨仪研磨所述混合物，研磨时长为8h以内，研磨转速为100r/min。
[0032]研磨过程采用臼式研磨仪全自动处理，功耗低，操作方便，工艺流程简单快捷，适用于工业生产。
[0033]在本专利技术的一些实施方式中，所述高分子溶液与粘土材料的混合物的制备方法包括如下步骤：取高分子溶液和粘土材料，混合，得到所述混合物。
[0034]具体步骤包括在研钵中加入配置好的一定黏度的高分子溶液，再加入一定质量比例的层状粘土矿物，搅拌混合均匀。
[0035]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述高分子的去除方式包括：离心、洗涤，或者抽滤、洗涤，或者透析中的至少一种。
[0036]在本专利技术的一些更优选的实施方式中，所述高分子的去除方式包括如下操作：
[0037]Sa
‑
1，将所述分散液Ⅰ静置，取其上清液，离心，得到上清液Ⅰ和沉淀，去除上清液Ⅰ；
[0038]Sa
‑
2，将所得沉淀与溶剂混合，离心，得到上清液Ⅱ和沉淀Ⅰ，去除上清液Ⅱ；
[0039]Sa
‑
3，重复步骤Sa
‑
2n次，n≥1，n为整数。
[0040]在本专利技术的一些更优选的实施方式中，步骤Sa
‑
1～Sa
‑
3中，所述离心的速率不低于5000r/min。
[0041]在本专利技术的一些更优选的实施方式中，步骤Sa
‑
1～Sa
‑
3中，所述离心的时间不低于30min。
[0042]在本专利技术的一些更优选的实施方式中，步骤Sa
‑
2～Sa
‑
3中，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种粘土材料的插层方法，其特征在于，包括如下步骤：取高分子溶液与粘土材料的混合物，经研磨或球磨，所述高分子插层剥离所述粘土材料；其中，所述高分子溶液中高分子的质量分数为0.5
‑
3％。2.一种二维材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：利用如权利要求1所述的插层方法，使所述高分子插层剥离所述粘土材料，得到所述二维材料。3.根据权利要求2所述的二维材料的制备方法，其特征在于，所述高分子包括羟基或羧基中的至少一种；优选地，所述高分子包括羧甲基纤维素钠、海藻酸钠、甲壳素、壳聚糖、明胶或蛋白质中的至少一种；优选地，所述粘土材料包括高岭石族粘土、蒙脱石族粘土、伊利石族粘土、绿泥石族粘土或蛭石粘土中的至少一种；优选地，所述研磨的时间为12h以内；优选地，所述研磨转速为90
‑
110r/min。4.根据权利要求2所述的二维材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：取高分子溶液与粘土材料的混合物，经研磨或球磨，所述高分子插层剥离所述粘土材料，得到分散液Ⅰ，去除所述高分子，得到所述二维材料；优选地，所述高分子的去除方式包括：离心、洗涤，或者抽滤、洗涤，或者透析中的至少一种。5.一...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘碧录，王仲玥，杨柳思，
申请(专利权)人：清华伯克利深圳学院筹备办公室，
类型：发明
国别省市：