一种高产率活性玄武岩纳米片及其制备方法

本发明涉及无机材料与造纸，尤其涉及一种高产率活性玄武岩纳米片及其制备方法。

背景技术：

1、玄武岩鳞片(basalt scales，bs)是一种由天然玄武岩矿石经过高温熔融和快速冷却加工技术处理后形成的无机非金属片状材料，具有优异的机械强度、热稳定性、电绝缘性能、抗化学腐蚀，以及耐紫外老化能力，是一种极具应用潜力的优质绝缘材料。由于受限于工业制备条件，玄武岩鳞片通常具有微米级的厚度和片径，较大尺寸使得在制备复合产品时存在界面结合不良的问题，因此为增强界面结合，增进玄武岩鳞片复合材料的性能，减少玄武岩鳞片的尺寸是一种有效手段。到目前为止，对于玄武岩纳米片(basalt scalenanosheets，bsns)制备工艺的研究较少，且得率较低，化学活性差。因此，开发一种新型的玄武岩纳米片制备工艺，扩展材料的进一步应用具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种成本低、工艺简单、得率高、具有化学活性的玄武岩纳米片及其制备方法，通过高温煅烧和碱法刻蚀制备了纳米级别厚度的玄武岩纳米片结构，具有独特的薄片结构和表面丰富的羟基，增进了在复合材料中的结合能力和电击穿强度。

2、一种高产率活性玄武岩纳米片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

3、(1)将未经处理的玄武岩鳞片进行煅烧处理，得到膨胀后的玄武岩鳞片；

4、(2)取(1)中膨胀后的玄武岩鳞片加入配制好的氢氧化钠(naoh)溶液均匀搅拌，进行高温水热反应，反应结束后待自然冷却至室温，得到刻蚀后的玄武岩鳞片；

5、(3)将刻蚀后的玄武岩鳞片使用去离子水洗涤；

6、(4)将洗涤后的玄武岩鳞片重新分散在去离子水中，得到分散液；

7、(5)对分散液进行超声处理，并不断搅拌，辅助刻蚀后的玄武岩鳞片剥离，得到再分散液；

8、(6)将再分散液静置分层，取静置分层后的上清液进行真空干燥，获得玄武岩纳米片。

9、进一步地，所述(1)中未经处理的玄武岩鳞片的平均粒径为20μm，煅烧温度为600～800℃，煅烧时间为2～8h；

10、进一步地，所述(2)中氢氧化钠溶液的摩尔浓度为2～13mol/l；

11、进一步地，所述(2)中得到的膨胀后的玄武岩鳞片和氢氧化钠溶液的质量比为1～10:100～150；

12、进一步地，所述(2)中高温水热反应温度为50～150℃，高温水热反应时间为12～36h；

13、进一步地，所述(3)中使用去离子水反复洗涤，直至ph值为6-8；

14、进一步地，所述(5)中的超声处理的功率为200～1200w，超声处理的时间为30～60min；

15、进一步地，所述(6)中静置时间为24h，真空干燥温度为80℃。

16、一种活性玄武岩纳米片，基于上述的一种高产率活性玄武岩纳米片制备方法得到；

17、进一步地，所述玄武岩纳米片的粒径为0.4～1.5μm，厚度为1.5～2.5nm，同时表面修饰有羟基。

18、一种活性玄武岩纳米片在薄膜、纸张、涂料、橡胶上的应用，采用上述活性玄武岩纳米片。

19、上述技术方案具有如下优势或者有益效果：

20、本发明提供了一种高产率活性玄武岩纳米片及其制备方法，通过高温煅烧和碱法刻蚀制备了纳米级别厚度的高产率、活性强玄武岩纳米片，具有独特的结构和优异的性能，且制备方法具有工艺简单、条件可控、重复性好、制备成本低等特点，具备良好的应用前景。

21、进一步地，使用马弗炉对未经处理的玄武岩鳞片进行煅烧，使其膨胀，目的是为了改变玄武岩鳞片的物理和化学性质，为后续处理做准备；

22、进一步地，通过配置氢氧化钠溶液，并将其与膨胀后的玄武岩鳞片混合，利用水热反应进行刻蚀，目的是通过化学反应去除玄武岩鳞片的部分物质，形成纳米级别的薄片结构；

23、进一步地，使用去离子水对刻蚀后的玄武岩鳞片进行洗涤，去除多余的化学物质，然后将其重新分散在去离子水中，并使用超声设备进行超声处理和搅拌，以辅助玄武岩鳞片的剥离；

24、进一步地，制备出的活性玄武岩纳米片具有纳米级厚度的二维层状结构，这种独特的结构使其具有出色的结合能力和电击穿强度，在复合材料、电子器件等领域具有广泛的应用前景。

技术特征：

1.一种高产率活性玄武岩纳米片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种高产率活性玄武岩纳米片的制备方法，其特征在于，所述s1中未经处理的玄武岩鳞片的平均粒径为20μm，煅烧温度为600～800℃，煅烧时间为2～8h。

3.根据权利要求1所述的一种高产率活性玄武岩纳米片的制备方法，其特征在于，所述s2中氢氧化钠溶液的摩尔浓度为2～13mol/l；膨胀后的玄武岩鳞片和氢氧化钠溶液的质量比为1～10:100～150。

4.根据权利要求1所述的一种高产率活性玄武岩纳米片的制备方法，其特征在于，所述s2中高温水热反应温度为50～150℃，高温水热反应时间为12～36h。

5.根据权利要求1所述的一种高产率活性玄武岩纳米片的制备方法，其特征在于，所述s3中使用去离子水反复洗涤，直至ph值为6-8。

6.根据权利要求1所述的一种高产率活性玄武岩纳米片的制备方法，其特征在于，所述s5中的超声处理的功率为200～1200w，超声处理的时间为30～60min。

7.根据权利要求1所述的一种高产率活性玄武岩纳米片的制备方法，其特征在于，所述s6中静置时间为24h，真空干燥温度为80℃。

8.一种活性玄武岩纳米片，其特征在于，基于权利要求1-7任一所述的一种高产率活性玄武岩纳米片制备方法得到。

9.根据权利要求8所述的一种活性玄武岩纳米片，其特征在于，所述玄武岩纳米片的粒径为0.4～1.5μm，厚度为1.5～2.5nm，同时表面修饰有羟基。

10.一种根据权利要求8的活性玄武岩纳米片在薄膜、纸张、涂料、橡胶上的应用。

技术总结本发明提供了一种高产率活性玄武岩纳米片及其制备方法，制备步骤包括：对微米级玄武岩鳞片高温煅烧，使用碱溶液在水热反应条件下对玄武岩鳞片中的酸性氧化物和中性氧化物进行刻蚀反应，然后通过超声处理剥离纳米片夹层结构从而获得纳米级别厚度的活性玄武岩纳米片。本发明制备方法的工艺简单、条件可控、重复性好、制备成本低，制备的玄武岩纳米片为纳米级厚度的二维层状结构，其独特的薄片结构和表面丰富的羟基增进了在复合材料中的结合能力和电击穿强度。技术研发人员：宋顺喜,王晶,吕堉溟,吴琪,杨斌,聂景怡,谭蕉君,张美云受保护的技术使用者：陕西科技大学技术研发日：技术公布日：2024/11/18