一种蛭石纳米片的生产系统

本技术涉及蛭石纳米片生产，尤其涉及一种蛭石纳米片的生产系统。

背景技术：

1、蛭石是一种含镁、铁铝层状硅酸盐矿物，一般呈板块状，通常是经黑云母、金云母或绿泥石等矿物风化作用和热液蚀变作用形成的产物。由于蛭石特殊的结构使其具有独特的性质，比如高温易膨胀；层间由弱相互作用构建使其具有强大的阳离子交换性；膨胀后的蛭石由于体积迅速增大，孔隙率增加，热导率降低，具有强大的吸附能力、隔热隔声性、耐火耐冻性、化学性质稳定和缓释保湿的作用。蛭石这些独特的性质使其广泛应用于吸附、催化、储能、建筑、畜牧业、农业、生物医药等众多领域。蛭石是我国具有较好资源远景和潜在优势的非金属矿产之一，鉴于我国蛭石资源丰富，开展对蛭石矿物的基础研究具有重要的社会和经济意义。

2、自2004年石墨烯被发现之后，层状材料的剥离以及对剥离而得的二维纳米片层材料的研究已经成为纳米领域界的研究热点，当层状材料被剥离至单一片层的时候，会表现出许多不同于其层状前驱体材料的物理化学特性。

3、蛭石与石墨层状结构相似，二维片层通过弱相互作用力堆垛形成三维层状晶体。蛭石层间距与层间阳离子的类型相关，阳离子种类不同，水合阳离子层亦不同。蛭石层与层之间主要靠范德华力连接，削弱范德华力即可获得蛭石二维纳米材料。

4、蛭石属于层状矿物，蛭石层状矿物的剥离常用方法是化学剥离、液相剥离、物理剥离等。

5、蛭石化学剥离主要包括离子交换剥离和离子插层剥离。蛭石液相剥离中离子交换法主要通过离子的反渗透作用，外界水分子进入层间，层状蛭石在垂直片层平面方向上发生明显膨胀，而使得层间距明显增大，然后在超声或剪切作用力下得到二维纳米凝胶状蛭石分散液。离子插层是层状材料吸附离子，离子进入层间增大层间距，削弱层间作用力，在剪切或超声作用下片层分离剥落。比如通过添加氯化锂或氯化钠等改性剂对蛭石进行化学剥离，把蛭石层间的阳离子交换出来，再通过水合溶胀作用，削弱蛭石层间结合力，将蛭石进行剥分，形成细薄的蛭石片。

6、液相剥离常用于制备二维纳米材料。其特点是可生产确定尺寸和形态的二维纳米材料，但对剥离所需溶剂要求较高，同时对操作环境有严格要求。液相剥离包括离子交换、离子插层、搅拌剪切和超声剥离。球磨剥离对溶剂要求不高，片状矿物剥分的同时，其粒径减小，难以生成确定尺寸和形貌的粉体。

7、蛭石物理剥离主要通过剪切作用、超声作用和球磨作用使蛭石片层剥离。搅拌剪切剥离是通过高速转动的旋转叶片使层状材料剪切剥落，其优点在于操作简便、装置简单、剥离产物片状结构质量良好、易实现规模化生产。该方法的缺点是剥离产物存在单层、多层以及未剥离晶体混合体系，且尺寸分布较宽，往往需要进一步离心分离，得到窄粒级二维纳米蛭石分散液。

8、超声剥离是通过产生的旋涡射流使层状晶体结构破坏，剥落成纳米片。直接超声剥离法是通过超声波引起的声空化和声剪切力使层状晶体发生剥离，往往需要依据层状矿物的性质选择特定的剥离溶剂，其优点是剥片质量高，缺点是制备的分散液浓度低，局部超声强度高会打碎二维片层，同时容易造成稳定性低的剥离溶剂发生分解。球磨剥离主要通过介质研磨力和冲击力使片层剥离，是层状矿物常用剥离方式之一，其优点是剥分产物粒级分布窄且均匀，缺点是能耗大，片状结构容易遭到破坏。

9、综上所述，离子交换法、离子插层法和超声剥离法主要运用于制备蛭石二维纳米分散液，其缺点是剥离溶剂要求高，生产浓度低，无法规模化生产，适用于片层质量高且用量少的微电子领域。

10、蛭石是一种层状材料，主要由硅氧四面体和铝氧八面体组成，如何有效的把他们拆开，是提高蛭石利用率的关键。如何实现了纳米尺寸蛭石片产品批量化制备，以及克服现有纳米尺寸批量化制备的难题，是蛭石拆分剥离的关键问题之一。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种高效、快速生产蛭石纳米片的生产系统。

2、为解决上述技术问题，本实用新型采取了如下技术方案：

3、一种蛭石纳米片的生产系统，包括膨胀反应器1、洗涤除杂器2、干燥器3、细化机4、第一离心机5和第二离心机7、球磨机6、高压喷射均质分散机8；所述膨胀反应器1的出料口和洗涤除杂器2的进料口通过第一输送泵91连通，所述洗涤除杂器2的出料口和干燥器3的进料口通过第二输送泵92连通，所述干燥器3的出料口和细化机4的进料口通过第三输送泵93连通，所述第一离心机5的出料口和球磨机6的进料口通过第四输送泵94连通，所述球磨机6的出料口和第二离心机7的进料口通过第五输送泵95连通，所述第二离心机7的进料口和高压喷射均质分散机8的进料口通过第六输送泵96连通。

4、进一步的，所述细化机4的出料口下方设置集料斗10，集料斗10的出料口下方设置第一离心机5，集料斗10的进料口和细化机4的出料口连通，集料斗10的出料口和第一离心机5的进料口连通；

5、所述膨胀反应器1包括加热装置101；所述洗涤除杂器2包括搅拌桨201。

6、进一步的，所述细化机4的出料口和集料斗10的进料口之间设置筛分机11，所述筛分机11包括筛网1101；

7、所述细化机4、球磨机6和高压喷射均质分散机8的内部分别设置有第一超声装置401、第二超声装置601和第三超声装置801。

8、本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：

9、1)本实用新型通过高剪切分散，精细研磨，超声，高压喷射均质与微射流喷射连续复合的生产系统，实现了蛭石的硅氧八面体和铝氧四面体结构拆分，克服了纳米蛭石批量化生产化的难题，为批量化制备纳米蛭石片提供一种可行的方法。

10、2)本实用新型可以大批量剥离层状蛭石；

11、3)本实用新型的生产系统具有操作简单，工艺简易，能耗低的优势；

12、4)本实用新型生产系统操作简单，实现了纳米蛭石粉体的大批量生产，应用范围广，适合工业化生产。

技术特征：

1.一种蛭石纳米片的生产系统，其特征在于，包括膨胀反应器(1)、洗涤除杂器(2)、干燥器(3)、细化机(4)、第一离心机(5)和第二离心机(7)、球磨机(6)、高压喷射均质分散机(8)；所述膨胀反应器(1)的出料口和洗涤除杂器(2)的进料口通过第一输送泵(91)连通，所述洗涤除杂器(2)的出料口和干燥器(3)的进料口通过第二输送泵(92)连通，所述干燥器(3)的出料口和细化机(4)的进料口通过第三输送泵(93)连通，所述第一离心机(5)的出料口和球磨机(6)的进料口通过第四输送泵(94)连通，所述球磨机(6)的出料口和第二离心机(7)的进料口通过第五输送泵(95)连通，所述第二离心机(7)的进料口和高压喷射均质分散机(8)的进料口通过第六输送泵(96)连通。

2.根据权利要求1所述蛭石纳米片的生产系统，其特征在于，所述细化机(4)的出料口下方设置集料斗(10)，集料斗(10)的出料口下方设置第一离心机(5)，集料斗(10)的进料口和细化机(4)的出料口连通，集料斗(10)的出料口和第一离心机(5)的进料口连通；

3.根据权利要求2所述蛭石纳米片的生产系统，其特征在于，所述细化机(4)的出料口和集料斗(10)的进料口之间设置筛分机(11)，所述筛分机(11)包括筛网(1101)；

技术总结本技术属于蛭石纳米片生产技术领域，提供了一种蛭石纳米片的生产系统，包括膨胀反应器、洗涤除杂器、干燥器、细化机、第一离心机和第二离心机、球磨机、高压喷射均质分散机。本技术采用超声、球磨和高压分散均质的连续复合处理系统，可以制备出产率80％的纳米蛭石片产品，该技术同时具有剥离层状蛭石的功能，系统操作简单，蛭石纳米片尺寸可控，适用于工业化生产。技术研发人员：田维亮,张祥坤,李仲,申铜辉,孙东,沈艺雯受保护的技术使用者：塔里木大学技术研发日：20230628技术公布日：2024/5/29