阅读说明：本技术 在超声微波协同作用下提高煤系高岭土比表面积的方法 (Method for improving specific surface area of coal-series kaolin under synergistic effect of ultrasonic microwaves ) 是由 苗洋 张涛 高峰 闫雷 黎佳全 何宏伟 于 2019-12-08 设计创作，主要内容包括：一种在超声微波协同作用下提高煤系高岭土比表面积的方法,该方法是将煤系高岭土原料分散在热导液中后放置于超声波-微波组合反应系统内,在超声破碎的同时用微波加热完成溶剂热反应,在一定的反应温度、反应时间、超声波功率频率以及超声处理时间,获得高比表面积的煤系高岭土,将高岭土原料与热导液配成悬浮液,置于超声波-微波组合反应系统中进行反应后,取出悬浮液,清洗烘干,本方法采用超声波和微波协同处理煤系高岭土,获得颗粒形状更接近软质高岭土的超微细粉体,使其比表面积达到了原始煤系高岭土的2-5倍,适用于造纸、陶瓷、涂料及橡胶行业。(A method for increasing the specific surface area of coal-series kaolin under the synergistic action of ultrasonic and microwave includes such steps as dispersing the raw coal-series kaolin in heat-conducting liquid, putting it in ultrasonic-microwave combined reaction system, the solvent thermal reaction is completed by microwave heating while ultrasonic crushing, coal series kaolin with high specific surface area is obtained at a certain reaction temperature, reaction time, ultrasonic power frequency and ultrasonic treatment time, the kaolin raw material and the heat conducting liquid are prepared into suspension, the suspension is placed in an ultrasonic-microwave combined reaction system for reaction, taking out the suspension, cleaning and drying, the method adopts ultrasonic wave and microwave to process the coal-series kaolin cooperatively to obtain ultrafine powder with a particle shape closer to that of soft kaolin, so that the specific surface area of the ultrafine powder reaches 2-5 times of that of the original coal-series kaolin, and the method is suitable for industries of papermaking, ceramics, coatings and rubber.)

在超声微波协同作用下提高煤系高岭土比表面积的方法

技术领域

本发明涉及一种提高煤系高岭土比表面积的方法，具体是一种采用超声波和微波协同处理煤系高岭土比表面积的方法，属于煤系高岭土深加工技术领域。

背景技术

煤系高岭土是一种重要的粘土矿物材料，其不同温度煅烧产品因其独特的物理化学性能广泛用于造纸、陶瓷、涂料、橡胶等几十个行业领域，因为高岭土在纸浆中不与其他配料发生化学反应，可稳固的嵌入纸张纤维中，所以煅烧高岭土可用作造纸行业中的填料和涂布料，除此之外，因高岭土粒度较细，其流动性也可保证造纸过程中均匀涂布，保证纸张厚度均匀。

随着现代工业化的不断发展，各行业对煅烧高岭土都提出了更高的要求，在造纸及环境领域，高岭土的吸油值及白度是最为重要的两个指标，白色纸张可真实客观地反映印刷品彩色画面的全部色彩，提高文字墨迹反差，达到图文并茂的效果，涂布纸的吸油性是纸张和油墨在印刷中的综合体现，也是最重要的印刷适性指标，吸油值越高，纸张印刷适性越好，高岭土的白度可通过表面包覆和控制煅烧条件来解决，而吸油值方面则是国内煤系高岭土行业的一大难题，目前，国外煅烧高岭土产品吸油值已经达到90g/100g以上，而国内煅烧煤系高岭土的吸油值仍维持在65-75g/100g的范围内，因而生产高白度高吸油性的煅烧高岭土是一项有重大意义的项目。

公开号为CN108483458A公开了“一种湿法提高高岭土比表面积的方法”，该方法是：（1）将经过加工的高岭土半成品与水混合成25%-40%的原浆；（2）将原浆经过稀释化成10%-20%的矿浆；（3）向矿浆中快速加入浓硫酸，缓慢搅拌；（4）加入高岭土半成品，使矿浆的质量浓度再次达到25%-40%，停止搅拌，静置；（5）将静置后矿浆加水稀释至浓度为15%-20%的矿浆，将矿浆进行第一道剥片工序，将矿浆稀释到10%-15%；（6）再进行第二道剥片，在剥片的过程中补充添加占干矿重量为1%-2%的浓硫酸；（7）压滤脱水、烘干打散，得到高比表面积的高岭土，这种方法过程较为繁琐。

文献高比表面积煤系高岭土材料的制备及其结构表征，石河子大学学报(自然科学版),2014,32(03):366-370.中，将经过煅烧的高岭土酸化，洗涤，得到酸改性煤系高岭土；文献高比表面改性高岭土材料制备及其吸附性能研究[J].非金属矿,2006(02):15-17+23.中将高岭土矿粉用弱酸或弱碱洗涤，过滤，再进行600-700℃煅烧，最后再经一定温度酸浸，得到高吸附量的改性高岭土；文献From platy kaolinite to aluminosilicatenanoroll via one-step delamination of kaolinite: Effect of the temperature ofintercalation[J]. Applied Clay Science,2013,83-84.中用十六烷基三甲基氯化铵剥离高岭土片层，得到了高比表面积的高岭土纳米卷。

发明内容

本发明的目的是提供一种在超声微波协同作用下提高煤系高岭土比表面积的方法，以解决涂布造纸级高吸油量煅烧高岭土生产成本高的问题。

为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案。

一种在超声微波协同作用下提高煤系高岭土比表面积的方法，其特征在于：所述方法是对煤系高岭土半成品的SiO₂含量为40%-50%，Al₂O₃含量为30%-40%，TiO₂含量≤2%，Fe₂O₃含量≤1%；具体方法是按下列步骤进行的：

（1）将经过加工的煤系高岭土半成品加溶剂配制成质量浓度为30-40%的浆料，并向其中加入分散剂，分散剂为高岭土质量的0.5-1.5%，搅拌均匀，再将配置好的浆料转移至带有冷凝装置的容器中，然后将上述容器置于超声波微波组合反应器中，将超声探头伸入到混合浆料液面以下；

进一步地有如下技术特征方案。

（2）设置组合反应器的实验条件：超声功率为300-1000w，超声频率为20-50KHz，设置超声波工作方式为间断工作，微波功率为0-1800W、频率为2400-2500MHz，反应温度设置为200-450^oC；

（3）按照步骤（2）的反应条件开始反应，待温度上升后设置保温温度，反应1-2h后，自然冷却，将所得产物经去离子水和乙醇清洗后，置于60-80^oC烘箱内干燥1-6h，最后将干燥样品打散，即获得高比表面积煤系高岭土。

一种在超声微波协同作用下提高煤系高岭土比表面积的方法，其特征在于：所述溶剂是一种导热油。

一种在超声微波协同作用下提高煤系高岭土比表面积的方法，其特征在于：所述分散剂是高分子量聚丙烯酰胺、二甲基亚砜、尿素、水玻璃、氯化镁及氯化钙中的一种。

一种在超声微波协同作用下提高煤系高岭土比表面积的方法，其特征在于：所述超声探头直径是3-8 mm。

一种在超声微波协同作用下提高煤系高岭土比表面积的方法，其特征在于：所述超声处理时间为1-3h，微波处理时间为30-60min。

一种在超声微波协同作用下提高煤系高岭土比表面积的方法，其特征在于：所述提高煤系高岭土比表面积的方法是通过控制反应温度、反应时间、微波功率、超声功率、超声发生时间以及超声间隙时间，实现控制反应的进行速度及程度。

本发明采用上述技术方案，实现提高煤系高岭土比表面积的方法，与现有技术相比，本方法采用超声波辅助破碎煤系高岭土获得颗粒形状更接近软质高岭土的超微细粉体，即通过层插剥离，使颗粒形状由煤系高岭土的无规则形状改变为接近于软质高岭土的片状结构，同时对样品施以微波加热，实现溶剂热反应。

本发明利用超声波-微波辅助作用，通过技术参数优化，得到高比表面积煤系高岭土样品，适用于造纸、陶瓷、涂料及橡胶行业，也适用于化妆品行业和制备高吸油量面膜。

附图说明

图1是本发明高比表面积煤系高岭土生产工艺图。

图2是本发明未经处理的煤系高岭土半成品与三个具体实施案例所得样品的主要BET数据对比图表。

图3是本发明未经处理的煤系高岭土半成品与三个具体实施案例所得样品的孔径分布曲线图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。

具体实例1

实施一种在超声微波协同作用下提高煤系高岭土比表面积的方法，该方法是用于经过加工的煤系高岭土半成品，所述煤系高岭土半成品是煤矸石粉磨所得325目煤系高岭土，其SiO₂含量为40%-50%，Al₂O₃含量为30%-40%，TiO₂含量≤2%，Fe₂O₃含量≤1%；具体实施方法是按下列步骤进行的：

（1）将15g经过加工的煤系高岭土半成品加入到15ml导热油中，配制成浆料，向其中加入0.1g水玻璃做分散剂，搅拌均匀，将配置好的悬浮液放置在带有冷凝装置的容器中，将上述容器放入到超声波-微波组合反应器中，将超声探头伸入到液面以下；

（2）设置组合反应器的实验条件：超声功率为500w，超声频率为20KHz，设置超声波工作方式为超声开5s停10s，微波功率为900W、频率为2450MHz，反应温度设置为250℃；

（3）按照步骤（2）的反应条件开始反应，待温度上升后设置保温温度为250℃，反应3h后，自然冷却，将所得产物经去离子水和乙醇清洗后，放置在80℃烘箱内干燥3h，最后将干燥样品打散，获得高比表面积煤系高岭土样品1。

具体实例2

（1）将20g经过加工的煤系高岭土半成品加入到30ml导热油中，配制成浆料，向其中加入0.2ml二甲基亚砜做分散剂，搅拌均匀，将配置好的悬浮液放置在带有冷凝装置的容器中，将上述容器放入到超声波/微波组合反应器中，将超声探头伸入液面以下；

（2）设置组合反应器的实验条件：超声功率为1000w，超声频率为20KHz，设置超声波工作方式为超声开5s停10s，微波功率为1060W、频率为2450MHz，反应温度设置为300℃；

（3）按照步骤（2）的反应条件开始反应，待温度上升后设置保温温度为300℃，反应2h后，自然冷却，将所得产物经去离子水和乙醇清洗后，放置在60℃烘箱内干燥2h，最后将干燥样品打散，获得高比表面积煤系高岭土样品2。

具体实例3

（1）将10g经过加工的煤系高岭土半成品加入到20ml导热油中，配制成浆料，向其中加入0.2g氯化镁做分散剂，搅拌均匀，将配置好的悬浮液放置在附有冷凝装置的容器中，将上述容器放入到超声波/微波组合反应器中，将超声探头伸入到液面以下；

（2）设置组合反应器的实验条件：超声功率为1000w，超声频率为30KHz，设置超声波工作方式为超声开5s停10s，微波功率为1800W、频率为2450MHz，反应温度设置为400℃；

（3）按照步骤（2）的反应条件开始反应，待温度上升后设置保温温度为400℃，反应1h后，自然冷却，将所得产物经去离子水和乙醇清洗后，放置在70℃烘箱内干燥4h，最后将干燥样品打散，获得高比表面积煤系高岭土样品3。