高嶺石插層復合物制備研究進展

梁夏夏++張白梅

摘 要：高嶺石是一種1∶1型的層狀硅酸鹽粘土礦物，通過插層改性使高嶺石堆垛體發生層間剝離是制備納米高嶺石的重要技術，也是研究的熱點。該文對高嶺石插層復合物進行了介紹；然后對其主要制備方法進行了分類介紹；最后對高嶺石插層復合物制備的研究現狀和發展趨勢進行了歸納總結。

關鍵詞：高嶺石 插層復合物 取代插層 發展趨勢

中圖分類號：P619 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）09（b）-0055-02

高嶺石是我國儲量最為豐富的粘土礦物之一，是典型的 1∶1型層狀硅酸鹽礦物，具有特殊的六方片層結構和層間域環境。硅氧四面體的頂尖指向鋁氧八面體，并通過共用頂氧而緊密連接形成高嶺石的基本結構單元，結構單元沿c 軸堆垛，形成層片狀堆垛結構。高嶺石的層間域一面是硅氧四面體表面，一面是鋁氧八面體面，具有不同化學性質，有利于層間有機分子的自組裝和分子識別。有機分子在高嶺石層間限制性環境中有序排列，并具有各向異性[1]。這種特有的層間結構特征，使高嶺石有機插層復合物具有許多潛在的、優異的應用性能。高嶺石有機插層復合物的制備，受到國內外的廣泛關注，成為研究的熱點。

1 高嶺石插層復合物

高嶺石插層復合物是將有機化合物分子插入高嶺石層間而形成的有機/無機復合物，由于高嶺石層間幾乎沒有可交換離子，層間具有較強的氫鍵等層間作用力，其插層較為困難，只有少量的極性小分子可直接進入高嶺石層間。最初高嶺石的有機插層始于20世紀60年代，當時用有機低分子量化合物醋酸鉀，研究高嶺土的膨脹性，主要目的是進行粘土礦物種類的鑒別[2]。隨著檢測手段的進步，這種插層復合物的性能被逐漸認識，顯現出許多優異的性能，研究工作也得到深入發展。其研究主要在插層劑的選擇、插層方法及工藝的改進等方面[3]。

2 高嶺石插層復合物制備方法

2.1 直接插層法

直接插層法制備高嶺石插層復合物是研究最早也是最常用的一種方法。該方法主要適用于極性小分子二甲基亞砜、水合肼等對高嶺石的插層。一般采用液相反應進行，也可采用蒸發溶劑法。前者指插層劑在溶液或乳狀液形式下與高嶺石進行反應，進入其層間。后者指小分子插層劑在溶劑不斷蒸發過程中不斷濃縮，在此過程中逐漸進入高嶺石層間。直接插層法可一步制得高嶺石插層復合物，但由于高嶺石層間作用的特殊性，僅有少數的極性小分子能夠完成插層，由于分子較小，高嶺石層間距增大十分有限，難以實現高嶺石片層的剝離，其應有效果十分有限。

2.2 取代插層法

取代插層是以直接插層制備極性小分子高嶺石插層復合物為前驅體，采用其他有機分子取代極性小分子進入高嶺石層間進行制備插層復合物的一種方法。這種方法具有更廣的選擇性，并且能將較大的有機分子引入高嶺石層間，大的有機分子不僅使高嶺石層間距進一步擴大，而且具有較多的活性基團，能夠賦予高嶺石插層復合物更多優異的性能，成為當前高嶺石插層復合物的技術關鍵和研究熱點。劉欽甫等[4]采用逐步取代插層法制備了一系列高嶺石烷基胺插層復合物，其層間距達到1.24～4.23 nm。Bulent Caglar等[5]采用多次取代法制備了吡啶-2-甲醇/高嶺石插層復合物，首先制備N-甲基甲酰胺高嶺石插層復合物，然后采用甲醇取代甲基甲酰胺制備高嶺石甲醇插層復合物，最后采用吡啶-2-甲醇與高嶺石/甲醇復合物進行反應。該復合物層間距增大到13.57。

2.3 輔助插層法

高嶺石插層復合物的制備過程一般耗時較長，需要數十個小時甚至數周的時間。為了提高插層效率，一些研究者采用微波、超聲波等手段輔助制備高嶺石插層復合物，有效提高了插層效率。張先如等[6]將微波技術引入到制備高嶺石有機物插層復合材料的研究，采用微波誘導二甲亞砜對高嶺石進行插層，大大縮短了處理時間，且達到了較理想的插層效果。研究發現，微波誘導插層時間為30 min時，插層率即可達到75%以上。孫嘉等[7]研究了微波對不同插層劑插入高嶺石的作用。結果表明：微波對大偶極距的二甲亞砜等小分子物質的插層反應具有十分顯著的促進作用，經1 h處理DMSO插層率已經達到82.2%時，相比通常的幾天反應時間，其插層速率大大提高。其研究也表明，微波對高嶺石插層復合物制備的促進作用具有一定的選擇性，對醋酸鉀、尿素等物質的插層促進作用比較小。徐中等[8]用超聲波振蕩法制備高嶺土/二甲基亞砜插層復合物，結果表明超聲振蕩1 h，超聲溫度50 ℃時，插層率就達到90.1%。馮莉等[9]采用用超聲波法比較了不同類型插層劑與高嶺石的插層產物。在超聲波條件下，采用60 ℃的反應溫度，經3 h處理，將高嶺石/二甲基亞砜作為前軀體，采用兩步插層法快速制備了高嶺石/乙醇復合物。

3 結語

綜上所述，關于高嶺石插層復合物的研究，目前主要集中在插層方法工藝及插層劑的選擇等方面。研究者通過改進工藝方法，不斷提高高嶺石插層復合物的制備效率和綜合性能，探尋適用于工業大規模生產的制備方法。但由于高嶺石層間作用復雜，目前發現的適用的有機單體分子種類較少，制備插層復合材料仍然有一定困難，各種研究還處于實驗和理論探索階段。但高嶺石礦產資源豐富，價格低廉，隨著技術的發展和研究的深入，高嶺石/有機插層復合材料的種類和應用領域都將更加廣泛。

參考文獻

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[3] 曹青，李奧.插層劑對高嶺土插層改性的研究進展[J].中國陶瓷，2016，52（4）：6-11.

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[5] Bulent Caglar，A Tabak，B Afsin，et al. Covalent grafting of pyridine-2-methanol into kaolinite layers[J].Journal of Molecular Structure，2013（1032）：12-22.

[6] 張先如，樊東輝，徐政.微波誘導快速制備高嶺石/二甲亞砜插層復合物[J].同濟大學學報：自然科學版，2005，33（12）：

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[7] 孫嘉，徐政.微波對不同插層劑插入高嶺石的作用與比較[J].硅酸鹽學，2005，33（5）：593-595.

[8] 徐中，劉金釗.超聲波振蕩法制備高嶺土/DMSO插層復合物[J].表面化學，2012，41（2）：16-18.

[9] 馮莉，林喆，劉炯天，等.超聲波法制備高嶺石插層復合物[J].硅酸鹽學報，2006，34（10）：1226-1231.