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凹凸棒石棒晶束解离及其纳米功能复合材料引言：凹凸棒石是一种具有独特结构和功能的材料，在纳米科技领域具有广泛的应用前景。
凹凸棒石棒晶束解离及其纳米功能复合材料是通过将凹凸棒石与其他材料进行复合，以实现特定功能的材料。
本文将从凹凸棒石的结构和性质入手，介绍凹凸棒石棒晶束解离的原理和方法，以及凹凸棒石与其他材料复合形成纳米功能复合材料的应用。
一、凹凸棒石的结构和性质凹凸棒石是一种层状矽酸盐矿物，其结构由硅氧四面体和镁铝六面体构成。
凹凸棒石的层状结构使其具有很强的可分离性和可调控性，同时也赋予了其优良的物理和化学性质。
凹凸棒石具有高比表面积、大比孔隙体积和丰富的活性位点，这些特性使其成为一种理想的纳米载体材料。
二、凹凸棒石棒晶束解离的原理和方法凹凸棒石棒晶束解离是指通过物理或化学方法将凹凸棒石分解成纳米级的棒晶束。
常用的解离方法包括超声波解离、机械剪切、热处理等。
其中，超声波解离是一种常用且有效的方法，它能够通过超声波的作用使凹凸棒石层状结构发生剥离，从而得到纳米级的棒晶束。
三、凹凸棒石与其他材料的复合凹凸棒石与其他材料的复合可以实现对凹凸棒石性质的调控和功能的拓展。
常见的复合方法包括物理复合、化学复合和表面修饰等。
物理复合是指将凹凸棒石与其他材料通过物理吸附、机械混合等方式进行复合；化学复合是指通过化学反应将凹凸棒石与其他材料进行化学键合；表面修饰是指通过改变凹凸棒石的表面性质，使其与其他材料更好地相容。
四、纳米功能复合材料的应用凹凸棒石与其他材料复合形成的纳米功能复合材料具有许多优异的性能和应用潜力。
例如，将凹凸棒石与金属复合可以制备出具有优异电催化性能的复合材料，可用于燃料电池和电化学传感器等领域；将凹凸棒石与聚合物复合可以制备出具有优异机械性能和热稳定性的复合材料，可用于汽车零部件和航空航天材料等领域；将凹凸棒石与药物复合可以制备出具有控释和靶向输送功能的复合材料，可用于药物传输和癌症治疗等领域。
凹凸棒粘土的提纯及应用陈学祥安徽巢湖水泥集团一、凹凸棒粘土的介绍凹凸棒号称万土之王，其分子式为Mg5(H2O)4[Si4O10]2(OH)2单个矿物结构是一种以Si-O八面体为基本晶体单元形成链状结构的棒束，晶体呈针状、纤维状、或纤维状集合体。
矿物含水富镁，由于其特殊结构而具有良好的吸附性能，和粘结性能，具备多种用途。
在国外，凹凸棒产品已开发出千余种以上用途的产品。
产品不仅涉及化工、机械、能源、汽车、轻工、冶金、建材等传统产业，而且进入以信息、生物、航空、海洋开发、新材料和新能源为代表的高技术产业。
全球凹凸棒产品约年200万吨左右，美国近十年基本保持在90万吨／年。
我国一直在10万吨左右，由于发现较晚和其他因素，相关的应用开发远远落后其他拥有国，其应用也仅限于石油钻井、动物饲料、各类粘结剂、化肥农药油脂脱色等少数领域。
二、凹凸棒粘土的提纯凹凸棒粘土颗粒是自然存在的胶体尺寸，高长经比的针状晶体集束，这些集束又聚结成簇。
发现凹凸棒矿藏的同时也会发现其他粘土种类，它们通过空气和水的流动而引入，其他共存的粘土形式如蒙脱石、海泡石、膨润土和高岭土等其他矿物也有存在。
安徽明光凹凸棒粘土总储量约1亿吨，矿量比较集中，主要有四种类型，按其非凹凸棒矿物的含量主要分为蒙脱石型、凹凸棒型、白云石型、碳酸钙型。
其中凹凸棒含量高的可达80%以上。
凹凸棒粘土的传统加工方式是磨研，然后进行颗粒尺寸分离，再干燥至10%左右的含水量，研磨过程会破碎集束簇，也会导致破裂单个凹凸棒颗粒的不理想结果。
美国专利6,130,179介绍，凹凸棒矿石在开采后被粉碎到足够小的尺寸使它们可以被倒进泥浆中。
聚丙烯酰铵化钠（sodium polyacrylates），其分子重在4000～5000之间，被提前混合在水里。
聚丙烯酰铵化钠的浓度最好是在凹凸棒粘土含量的1%～4% 的重量比，将凹凸棒粘土逐渐地进行入聚丙烯酰铵化钠和水的溶液里，并进行中度到高度的剪切，直到完全分解，凹凸棒的集束和集簇被分解成胶体颗粒，而其他共生的粘土形式则以保持集合前较大的颗粒，没有分解的非凹凸棒粘土和其他非粘土物质被用物理手段去除，将去除石屑的凹凸棒粘土除水或干燥直到达到需要的潮湿度，干燥的过程最好是在大气压下，温度在85℃～210℃之间，在干燥过程中，凹凸棒粘土“自我凝聚”成松散连结的球粒。
第53卷第1期 辽 宁 化 工 Vol.53，No. 1 2024年1月 Liaoning Chemical Industry January，2024收稿日期： 2023-04-26复合凹凸棒土的聚合物隔膜的制备及其在锂电池中的应用杨庆，吴帅宾*（宜春学院 化学与生物工程学院， 江西 宜春 336000）摘 要： 在锂电池的四个主要组成部分中，隔膜的性能对电池的性能有着直接的影响。
目前，市场上广泛使用的是制备技术成熟、成本相对较低的聚烯烃类隔膜，但其存在孔隙率差、热稳定性差、电解液润湿性差等缺点，从而限制了锂电池的发展。
因此，对隔膜进行性能改善是提高锂电池性能的一项关键措施。
以聚丙烯隔膜为基质，主要采用静电吸附法在聚丙烯隔膜表面涂覆一层凹凸棒土，探讨凹凸棒土对隔膜的性能改造效果。
结果表明，当凹凸棒土质量浓度为1 mg/mL、隔膜浸渍时间为12 h 时，凹凸棒土可成功复合于隔膜表面。
此时，复合隔膜的孔隙率高达78%，电解液润湿性明显优于空白隔膜。
同时，其电化学性能也得到了明显改善。
关 键 词：凹凸棒土； 锂电池隔膜； 静电吸附中图分类号：TQ016.5+3 文献标识码： A 文章编号： 1004-0935（2024）01-0074-05传统的能源供应方式，如化石燃料资源，面临着资源短缺和严重的环境污染问题[1]。
新能源的开发有助于减少我们对化石燃料的依赖，并在减少二氧化碳排放方面发挥重要作用[2-3]。
其中，锂离子动力电池由于其安全性能好、环境污染小等优点，近年来，它越来越受到关注，已成为新能源领域的重要组成部分。
锂电作为一种绿色环保的能源，不仅可以减少二氧化碳的排放，同时也是实现“双碳”战略的一个重要抓手。
锂电池由四部分组成：正极、负极、电解质溶液和隔膜。
其中，隔膜作为锂电池的重要组成部分，虽然不参与电池中的电化学反应，但其可以防止由于正、负两极直接接触所导致的短路现象，同时，由于其本身是一个多孔结构，可以通过离子和电子的传输来实现电极与电解质之间的电荷转移[4-7]。
收稿日期:2004-06-01;修改稿收到日期:2004-06-28。
作者简介:王平华,男,40岁,理学博士,教授,研究方向为聚合物基纳米复合材料、高分子合金、乳液聚合、活性聚合。
3安徽省自然科学基金资助项目(03044802),安徽省国际科技合作项目(03088003)。
试验研究凹凸棒土反应填充HDPE 制备纳米复合材料3王平华 宋功品 崔杰 尤业字(合肥工业大学化工学院高分子科学与工程系,230009) 摘要:在凹凸棒土表面吸附马来酸酐(M AH )单体和过氧化二异丙苯(DCP )引发剂,将处理过的凹凸棒土填充H DPE ,制备H DPE/凹凸棒土纳米复合材料。
结果表明,纳米复合材料的拉伸和冲击性能都有所提高,其中冲击性能提高了50%左右;用FT 2IR ,XRD ,TE M 等方法,对H DPE/凹凸棒土纳米复合材料的结构进行表征研究。
关键词: 凹凸棒土 反应填充 高密度聚乙烯 马来酸酐 纳米复合材料 凹凸棒土是一种含水富镁铝的硅酸盐矿物[1],3层结构,上下2层是Si —O 四面体,中间1层是(Al ,Mg ,Fe )—O —OH 八面体。
这些结构单元按方格形式交错排列,构成沿c 轴方向的双链状,沿a ,b 轴方向的层状结构。
由于其结构中存在晶格置换,故晶体中含有不定量的Na +,Ca 2+,Fe 3+,Al 3+等。
凹凸棒土的显微结构[2]包括3个层次,一是凹凸棒土的基本结构单元———棒状单晶体,简称棒晶;二是由棒晶紧密平行聚集而成的棒晶束;三是由棒晶束(也包括棒晶)间相互聚集而形成的各种聚集体。
典型的凹凸棒土棒晶长约1μm ,宽约10～25nm 。
单晶内部是孔道结构,平行排列的纳米单晶纤维间也自然形成了众多的平行隧道空隙,因而微米级别的凹凸棒土内的空隙体积占颗粒总体积的30%以上,内部拥有巨大的比面积。
凹凸棒土具有很强的吸附性,可以吸附100%(质量分数)的水。
这些水绝大部分靠范德华力的作用存在于晶体之间。
凹凸棒石粘土的分散性研究及其在涂料中的应用凹凸棒石粘土是一种具有特殊表面形态和孔隙结构的纳米级材料，它的分散性对于其在涂料中的应用至关重要。
本文将对凹凸棒石粘土的分散性进行研究，并探讨其在涂料领域的潜在应用。
首先，我们需要了解凹凸棒石粘土的性质和结构。
凹凸棒石粘土是一种层状结构的矿物材料，其晶格间距较小，通常在纳米级别。
由于其层状结构和独特的电荷性质，凹凸棒石粘土在水中易形成胶体颗粒，但很容易发生堆积和团聚。
为了克服凹凸棒石粘土的堆积和团聚现象，我们可以采用一系列分散剂来提高其分散性能。
分散剂可以通过与凹凸棒石粘土表面发生相互作用，形成一层分散剂分子的覆盖层，从而改善其分散性。
常见的分散剂包括阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂等。
本研究采用了非离子表面活性剂作为分散剂，通过扫描电镜（SEM）观察凹凸棒石粘土的形貌变化，以及动态光散射（DLS）测定凹凸棒石粘土颗粒的粒径分布，评估分散剂对凹凸棒石粘土分散性的影响。
实验结果表明，适量的非离子表面活性剂可以有效提高凹凸棒石粘土的分散性能，使其颗粒均匀分散并保持较小的粒径。
接下来，我们将探讨凹凸棒石粘土在涂料中的应用。
由于其层状结构和高比表面积特性，凹凸棒石粘土可以作为一种优良的增稠剂和增强剂，用于改善涂料的粘度、流变性能和机械强度。
与传统的有机增稠剂相比，凹凸棒石粘土具有更好的稳定性和持久性，有利于涂料的储存和使用过程中的稳定性。
此外，凹凸棒石粘土还可以用作一种填料，用于调整涂料的光学性能和抗紫外线性能。
由于其层状结构对光线的透过性较强，凹凸棒石粘土可以有效降低涂料的透光率，并增强其遮盖力和遮蔽性能。
同时，凹凸棒石粘土还可以吸收和分散紫外线辐射，提高涂料对紫外线的抵抗能力。
除了上述应用，凹凸棒石粘土还具有一些其他的优点和潜在应用，例如作为阻燃剂、抗菌剂、吸音剂等。
这些应用领域还需要进一步的研究和探索，以应用凹凸棒石粘土的特殊性质和优势。
凹凸棒土纳米复合材料的制备、表征及性能研究摘要：本文主要写从凹凸棒土的晶体结构到它的特性和制备，再讲了凹凸棒土的表征及其性能研究结论。
This paper mainly from writing attapulgite crystal structure to its characteristics and preparation, again of attapulgite representation and its performance study concluded.关键词：凹凸棒土，晶体结构，特性，制备，表征，性能研究1、凹凸棒土的晶体结构凹凸棒土是一种含水富镁铝的硅酸盐矿物，具有独特的层链状分子结构。
凹凸棒土的理想结构式为：Si8O20Mg5[Al](OH)2(H2O)4·4H2O。
凹土的基本结构单位为两层硅氧四面体与一层镁（铝）氧八面体构成，其中硅氧四面体有双链[Si4O 10 ]分上下两条，每一条由四个Si-O四面体组成硅氧四面体带，其活性氧相向而指在 (110)面方向可以观察到由Si-O四面体组成的六角环，它们依上而下相向的方向排列，且相互间被其它的八面体氧和-OH所联结。
Mg等阳离子充填在有氧及-OH构成的配位八面体中，在[Si4O10]带间存在着平行c轴的孔道，孔道的截面积约为×，比沸石孔径×要大，孔道内由沸石水充填。
晶体的结构由 8 个Si-O 四面体以 2:1 型层状排列。
凹土的显微结构由三个层次构成，一是其基本结构单元-棒晶。
棒晶呈针状，长约 1～2μm，直径为μm，属二维纳米材料。
二是由棒晶紧密平行聚集而成的棒晶束。
三是由棒晶束（也包括棒晶）间相互聚集而成的各种聚集体。
凹凸棒土单根纤维晶的直径在 20nm左右，长度可达 1μm，复合纳米材料的尺度标准，热稳定性好，在我国有丰富的储藏量，如能以原状态分散在聚合物内，是一种很有潜力的二维增强材料。
2、凹凸棒土的特性、流变性凹凸棒土晶体具有与纤维轴平行的（110）良好解离，以及层链状晶体结构和棒状（纤维状）的细小晶体外形使得凹凸棒土在外力压力下能够充分地分散。
一般地，在低剪切力下，或者剪切力消失后，悬浮液产生凝胶；而剪切力增加时，悬浮体又恢复到水一般的低粘度液体。
、吸附性凹凸棒土的吸附性取决于其较大的比表面积和特殊的表面物化结构及离子状态。
晶体结构内部沸石通道的存在赋予凹凸棒土巨大的内比表面积，同时，由于单个晶体呈细小的棒状、针状和纤维状，在分散时，棒状纤维可保持多方位及较高的表面电荷，呈毡状物无规则地沉积干燥后，凝聚体之间形成大小不均一的次生孔隙。
这一特征使凹凸棒土的比表面积可高达 215m2/g。
、催化性具有层链状结构的凹凸棒土，具有如下的催化条件。
①晶体内部的沸石通道与集合体的微细孔隙结构；②非等价阳离子类质同相置换及加热引起的晶体内构成变化，即金属离子六次配位八面体的OH-，OH2-失去，桥键断裂造成晶体内部和表面存在多个路易斯酸化中心及碱中心；③黏土经热处理后具有较强的机械性能和热稳定性。
其典型的应用，例如，丁烯解聚作用和异构化作用的催化剂。
、耐热性凹凸棒土矿物的耐热性主要在于其自身具有较低的热导率，以及其高分散性所构成的多孔结构。
凹凸棒土在含水量 12%，堆积密度 cm3之时都有较低的热传导系数，其值为 m·℃。
3、凹凸棒土的表面化学改性由于凹凸棒土比表面积大，表面活性高，易团聚，并且表面含有极性的羟基，故它与非极性的有机高聚物的亲和性很差，因此，凹凸棒土在橡塑中往往只能作为惰性填料使用；当用作纳米材料时，在聚合物基体中更是很难分散，对其表面进行有机化改性，能改善其在橡塑中的相容性和填料效果；改善其在高聚物基体中的分散性和亲和性，最终有很能得到纳米复合材料。
目前较常用的表面处理方法主要有三大类：偶联剂处理、表面活性剂处理和酸化处理。
、表面活性剂处理凹凸棒土等电点pH值仅为 3，故通常情况下带负电；晶体内部孔道结构以及OH-键等的存在，热活化处理后孔道内出现氧原子的电荷不平衡点，使得阴、阳离子型和非离子型表面活性剂对凹凸棒土粘土的活化都有效，它们之间主要是通过离子交换，离子对形成，“憎水键”的形成和色散力及分子间形成氢键进行，同时，沸石孔道中发生碳氢链分子的物理性截留附着。
通常使用的表面活性剂有：有机代用铵（有机磷化合物）或季铵化合物。
凹凸棒土的阳离子交换容量（CEC）通常为 10～35mmol/100g粘土。
沈钟等利用自制的一种新型带有反应性基团的阳离子表面活性剂对凹凸棒土的表面进行了处理。
他们发现，经有机化改性后，凹凸棒土具有了相当的憎水性而能漂浮于油/水界面上，接触角和粘度测试进一步证实了其具有一定的亲油性。
离子层对原Mg2+（Al3+、Fe2+）阳离子八面体层取代，此时，矿物表面积随之逐渐增加，当酸化浓度增大，或者反应时间加长，硅氧四面体层可能共角顶相互结合，微孔隙消失，各项物化性能指标降低。
王一中等人利用稀盐酸对除杂后的凹凸棒土进行了处理，酸处理后大部分离子被溶出，凹凸棒土表面吸附有H+，从而有利于己内酰胺发生开环聚合。
4、有机凹凸棒土的制备、凹凸棒土的硅烷化凹凸棒土首先过 200 目筛除去杂物，再用蒸馏水洗涤数次，经稀盐酸活化后，采用高剪切分散乳化机高速搅拌 10min 使之充分分散，静置 24h 后，过滤，烘干，粉碎，过筛，制成精制土。
（1）水解偶联剂法将预先在 pH=3~4的醋酸水溶液中水解的 KH-570 加入到凹土的水溶液中，加热回流 1h，用去离子水洗涤至 pH=7，在 80℃真空干燥，粉碎过筛。
（2）溶剂共回流法取一定量精制土置于 500ml 四口瓶中，加入甲苯和一定配比的 KH-570 水解液，均匀混合，85~90℃水浴中回流 4h，抽滤，用 20ml 甲苯洗涤三次，真空干燥，粉碎过筛。
、凹凸棒土的季铵盐化将精制后的凹凸棒土用浓HCl溶液反复处理至交换完全，高速搅拌 5min，静置 24h后，过滤，洗涤至AgNO3检测无Cl-，得到钠化凹凸棒土。
将上述悬浮液转移至三口瓶中，搅拌中滴入一定量的HDTMAB溶液，在 70℃条件下搅拌反应16h，再将处理物反复抽滤、洗涤数次至AgNO3检测无Br-为止，然后经真空干燥，粉碎过 200 目筛，得到有机化的凹凸棒土。
、凹凸棒土的钛酸酯化首先将凹凸棒土用量的 1％的钛酸酯偶联剂溶解在异丙醇的水溶液中，接着将凹凸棒土与钛酸酯的水解液进行混合，在室温下搅拌半小时后，高速搅拌10min，然后加热到 80℃搅拌反应 10h 以上，再将处理物抽滤，真空干燥，粉碎过 200 目筛，得到钛酸酯化的凹凸棒土。
凹凸棒土的甲基丙烯酸化将精制后的凹凸棒土直接浸泡在加有引发剂（BPO）的甲基丙烯酸中，高速搅拌 3min，静置 24h 以上，在室温下通风橱中自然干燥 12h，然后放到真空烘箱中 40℃下干燥，粉碎过筛。
5、表征利用溶液共混方法制备了PVA/AT纳米复合材料，对AT的分散情况进行了观察分析;对复合材料的形态结构、结晶性能、热性能、动态力学性能以及力学性能进行了较详细的表征与分析。
利用XRD方法研究AT对PVA结晶结构的影响，发现AT的加入并不改变PVA 的晶型，但可能影响PVA的晶粒尺寸。
复合材料的结晶度较纯PVA有所增大。
通过SEM和AFM观察AT在PVA复合材料中的分散情况，结果表明AT在PVA 基体中的分散比较均匀，大多数AT呈纳米棒单晶状无序地分布于PVA基体中，在AT加量较多的情况下存在着少量的聚集体。
通过TGA方法研究PvA从T的热失重曲线，发现AT的加入使复合材料的外延起始温度提高，说明复合材料的耐热性能得到提高。
对PVA及其复合材料的DMA分析发现，复合材料的动态储能模量较纯PVA 增加很大，损耗模量在低温下低于纯PVA，在较高温度下则高于纯PVA，玻璃化转变温度随着AT加量的增大先是有所上升后又有所下降。
力学性能测试结果表明，没有进行任何有机改性处理的AT由于本身具有能与PVA侧基发生结合作用的活性基团，对PVA的增强作用也很明显。
不同AT加量对PVA的力学性能提高影响不同，其中lwt%左右为最佳用量，能将复合材料的拉伸强度及初始模量分别提高58%和一倍左右。
用不同的表面改性剂对AT表面处理后对PVA的增强作用是不同的，其中KH59O的改性效果最佳，使得复合材料的拉伸强度及初始模量及延伸率明显提高。
其余改性AT的增强效果反而不如未改性AT。
从增强机理分析知，AT在PVA基体中分散情况良好、表面具有较多的轻基，能与PVA产生较强的氢键结合是其不经过改性即能产生明显增强作用的根本原因。
6、性能研究通过研究不同AT加量PVA水溶液的流变性能与AT含量的关系，可以得出以下结论:PVA溶液的流变性能明显受AT加入的影响，这反映了PVA链上轻基之间形成的极性作用(氢键作用)及PVA链的缠结对其流动性能有重大的影响。
一方面，PVA链之间的缠结及氢键作用被AT纳米棒晶的体积效应所阻碍。
另一方面，由于AT自身的刚性，加上AT表面的经基与PVA链上的轻基之间形成氢键作用，在适量AT的加入情况下AT与PVA链一起能形成一种足够抵制一定剪切外力的网络结构。
从流变学角度证实所有的PVA体系都是非均相的，不过这种非均相性在AT加入以后有所降低，并且受Ar含量的影响。
PVA溶液在测试频率范围内的凝胶化点受AT加量的影响，AT的加入有助于抵制PVA溶液形成凝胶结构。
总之，从动态流变研究结果来看，AT的加入能有效地阻止溶液中PVA分子内或分子间形成氢键作用，因此有助于纺丝液中PVA分子的解缠，进而将会有助于PVA分子链的延伸，对最终的纤维材料力学性能的提高有帮助。
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