一种高耐酸改性硅酸镁锂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高耐酸改性硅酸镁锂的制备方法，其特征在于：首先以锰盐、铁盐、硅溶胶等为原料，通过高温水热反应制得具备层状结构的硅酸镁锂；其晶格结构中三八面体和四面体的空穴数量多，能够容纳较多的H

【技术实现步骤摘要】
一种高耐酸改性硅酸镁锂的制备方法
本专利技术涉及三八面体层状硅酸盐矿物硅酸镁锂合成领域，具体涉及一种片晶中空穴数量多、耐酸能力强、增稠性能优异的硅酸镁锂合成方法。
技术介绍
硅酸镁锂（俗称“锂皂石”）是一种三八面体层状硅酸盐矿物，其晶胞由上下两层Si-O四面体夹一层Li/Mg-O三八面体所组成。硅酸镁锂是典型的二维纳米矿物材料，其理论化学成分主要为：SiO255%-60%、MgO24%-30%、Na2O2.5%-3.0%、Li2O0.5%-1.0%。硅酸镁锂的晶体结构单元（片晶）是厚度为纳米级别的微小薄片，其表面布满了Na+等可交换的阳离子；当硅酸镁锂颗粒与水混合时，水被Na+吸附到片晶的表面，从而将片晶逐渐撑开并直至彼此完全分离剥片。由于片晶的层面（端面）带负电荷，侧面带正电荷，所以分离后的片晶彼此以端面-侧面的静电吸引的方式而迅速形成三维空间的胶体结构（即“卡片房子”），进而使得水性体系的粘稠度显著增大，此时水性体系具有高度的悬浮性、增稠性、触变性等特性，因此硅酸镁锂是理想的水性体系增稠流变剂。尽管常规硅酸镁锂虽然在水中增粘增稠性能十分优异，但是只要接触少量的酸，其粘稠能力即迅速恶化（酸浓度越大，恶化程度越大），这主要是因为酸溶液中H+通过脱羟基作用快速破坏晶格结构，导致Zn2+、Mg2+、Fe3+不断地析出，使得三八面体和四面体先后较快地被破坏；如果酸浓度稍高，则硅酸镁锂大部分或所有的层状结构和层间域毁坏，此时其增粘增稠性能则几乎完全消失。这一点是流变助剂领域的一大技术瓶颈，一直都没有获得妥善解决。因此，如何能够制备具有优异耐酸性能的硅酸镁锂是当今国内外相关行业迫切所要解决的技术难题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种片晶中空穴数量多、耐酸能力强、增稠性能优异的硅酸镁锂及其制备方法。该制备方法采用锰盐、铁盐、硅溶胶等为原料，在高温水热条件下合成得到硅酸镁锂；将其加到较高浓度的酸溶液中，由于晶格结构中空穴多，从而能容纳一定数量H+的迁入，因此依然发挥出优异的增粘增稠特性，所以可广泛应用于涂料、洗涤剂、化妆品、电子化学品、医药等行业。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种高耐酸改性硅酸镁锂的制备方法，其特征在于：由下列质量份数的原料组分按照如下步骤制备：（1）首先将0.01~0.05份锰盐、1~5份铁盐以及30~60份硅溶胶以及500份纯水加到水热反应釜中并充分搅拌10~30min；（2）然后加入0.1~0.5份铜盐、1~5份锌盐、5份碳酸钠以及20~40份镁盐并充分搅拌10~30min，并密闭升温至120~180℃并保温反应30~60min；（3）之后停止反应出料，先将反应液过滤并充分洗涤，再将收集得到的滤饼在300～400℃下干燥10~30min，即制得改性硅酸镁锂。本专利技术中，所述的锰盐为氯化锰、硫酸锰、硝酸锰、醋酸锰中的一种或几种任意组合；所述的铁盐为氯化铁、硫酸铁、硝酸铁中的一种或几种任意组合；所述的铜盐为氯化铜、硫酸铜、硝酸铜中的一种或几种任意组合；所述的锌盐为氯化锌、硫酸锌、硝酸锌中的一种或几种任意组合；所述的镁盐为氯化镁、硫酸镁、硝酸镁中的一种或几种任意组合。首先将锰盐、铁盐以及硅溶胶在水中混合后，在盐析作用下，SiO2溶胶粒子逐渐析出并吸附Mn2+和Fe3+；在后续高温水热反应过程中，Mn2+-Fe3+/SiO2会转变成Mn-Fe/Si-O四面体。在本专利技术中，微量的Mn2+十分重要，其对硅酸镁锂层状结构的形成起到促进矿化结晶的作用；如果锰盐用量少于0.01份，Mn2+-Fe3+/SiO2无法转变成Mn-Fe/Si-O四面体；如果锰盐用量多于0.05份，则在高温水热反应阶段只能生成Mn(OH)2、Fe(OH)3以及SiO2沉淀。同时，如果铁盐用量少于1份，Mn-Fe/Si-O四面体中空穴数量过少，难以捕捉容纳较多的H+；如果铁盐用量多于5份，则Mn-Fe/Si-O四面体很不稳定，容易在高温水热反应过程中转变成Fe(OH)3、SiO2等沉淀。然后在反应体系中加入铜盐、锌盐、碳酸钠以及镁盐，在水解的作用下，慢慢生成不成熟的Cu(OH)2-Zn(OH)2-Mg(OH)2共沉淀。在高温水热反应过程中（120~180℃并保温反应30~60min），该共沉淀以Mn2+-Fe3+/SiO2为模板逐步堆垛和排列并慢慢形成Cu-Zn-Mg-O三八面体；待高温水热反应完毕后，将经过充分洗涤的滤饼在300～400℃下干燥10~30min，层状结构彻底熟化，从而制得改性硅酸镁锂。在本专利技术中，必须先生成Mn2+-Fe3+/SiO2，后生成Cu(OH)2-Zn(OH)2-Mg(OH)2共沉淀并以前者为模板逐渐堆积，才能在高温水热反应阶段形成层状结构。此外，铜盐和锌盐对层状结构的形成也起到促进矿化结晶的效果，因此如果铜盐用量少于0.1份或锌盐用量少于1份，不仅难以形成稳定的层状结构，而且Cu-Zn-Mg-O三八面体中空穴数量迅速减少，导致其极易受到H+攻击而被破坏；如果铜盐用量多于0.5份或锌盐用量多于5份，则Cu-Zn-Mg-O三八面体不稳定，容易在高温水热反应过程中转变成Cu(OH)2、Zn(OH)2、Mg(OH)2沉淀。此外，如果水热反应温度低于120℃或水热反应时间短于10min，则层状结构不成熟而容易坍塌；如果水热反应温度高于180℃或反应时间多于30min，则空穴数量比较明显地减少，从而显著降低了硅酸镁锂抗击H+侵蚀的能力。本专利技术所制备的改性硅酸镁锂具备与常规硅酸镁锂完全迥异的全新晶格结构：①其上下两层是Cu-Zn-Mg-O三八面体（由于不存在同晶置换，因此为零电荷）；②中间一层是Mn-Fe/Si-O四面体（四面体中少量的Fe3+和微量Mn2+同晶置换了部分Si4+，因此呈现负电荷）；显然，本专利技术所制备的改性硅酸镁锂晶格整体为负电荷。常规硅酸镁锂的上下两层是零电荷的Si-O四面体，中间一层是带有负电荷的Li/Mg-O三八面体，其晶格结构整体呈现负电荷。本专利技术所制备的改性硅酸镁锂在Mn-Fe/Si-O四面体和Cu-Zn-Mg-O三八面体中都含有足够数量的空穴，赋予其优异耐盐性能。当将改性硅酸镁锂置于酸溶液中，H+迅速迁入Cu-Zn-Mg-O三八面体和Mn-Fe/Si-O四面体中；由于晶格结构中含有较多的空穴，H+主要是优先占据这些空穴而非通过脱羟基的方式攻击晶格结构，进而使得改性硅酸镁锂具备优异的抗酸能力。这一优势是本专利技术最核心的创新点，彻底解决了现有硅酸镁锂乃至膨润土、蒙脱石等蒙皂石族矿物耐酸性能极差的关键技术瓶颈。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：通过显著增加硅酸镁锂的三八面体和四面体中的空穴数量而彻底解决了其在酸溶液中粘稠性能迅速恶化的的最大关键技术难题，填补了国内外相关技术空白，从而可广泛应用于涂料、洗涤剂、化妆品、电子化学品、环保处理、医药、食品等行业中涉及到酸性的场合。具体实施方式下面结合具体实施例子对本专利技术作进一步详细说明。实施例1一种高耐酸改性硅酸镁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高耐酸改性硅酸镁锂的制备方法，其特征在于：由下列质量份数的原料组分按照如下步骤制备：/n（1）首先将0.01~0.05份锰盐、1~5份铁盐以及30~60份硅溶胶以及500份纯水加到水热反应釜中并充分搅拌10~30min；/n（2）然后加入0.1~0.5份铜盐、1~5份锌盐、5份碳酸钠以及20~40份镁盐并充分搅拌10~30min，并密闭升温至120~180℃并保温反应30~60min；/n（3）之后停止反应出料，先将反应液过滤并充分洗涤，再将收集得到的滤饼在300～400℃下干燥10~30min，即制得改性硅酸镁锂。/n

【技术特征摘要】
1.一种高耐酸改性硅酸镁锂的制备方法，其特征在于：由下列质量份数的原料组分按照如下步骤制备：
（1）首先将0.01~0.05份锰盐、1~5份铁盐以及30~60份硅溶胶以及500份纯水加到水热反应釜中并充分搅拌10~30min；
（2）然后加入0.1~0.5份铜盐、1~5份锌盐、5份碳酸钠以及20~40份镁盐并充分搅拌10~30min，并密闭升温至120~180℃并保温反应30~60min；
（3）之后停止反应出料，先将反应液过滤并充分洗涤，再将收集得到的滤饼在300～400℃下干燥10~30min，即制得改性硅酸镁锂。


2.如权利要求1所述的一种高耐酸改性硅酸镁锂的制备方法，其特征在于：所述的锰盐为氯化...

【专利技术属性】
技术研发人员：张天志，张天毅，
申请(专利权)人：江苏海明斯新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32