基于综合力场调控的凹凸棒石粘土的晶束解离及纳米化

借助凹凸棒石的一维纳米结构可以构筑高性能复合功能材料，因此，高效解离凹凸棒石晶束的同时保证棒晶结构稳定是其高值化应用的关键。申请人发现冻融-挤压处理可使新开采凹土粘度提高近2.5倍，表现出良好的晶束解离效果；初步实验表明，力场调控协同补水削弱氢键形成的刚性结构强度是实现完美晶束解离的基础，防二次团聚的干燥工艺是凹土纳米化的必要保证。基于上述前期工作，本项目引入高压膨胀力场，利用该力场的可调控特性有效保证凹土的晶束解离及纳米化。通过分析调控过程的凹土微观形貌及性能变化，优化调控工艺参数；初步建立基于晶束解离度和棒晶损伤度的凹土纳米化质量评价方法；从界面化学和微观力场角度系统认识凹土的晶束解离和纳米化行为；探讨干燥方式对团聚体形成的影响规律，进而阐明凹土二次团聚机理。研究成果可进一步丰富凹土研究的相关理论，为凹土纳米化提供科学方法，同时为基于多学科交叉的凹土高值化利用提供充分的理论依据。

黏土是天然微纳米材料，保证其自然晶型完整同时实现高性价比解离是黏土产业的核心关键技术。本项目从综合力场构筑的理念出发，设计了定压蒸汽爆破实验验证了设想的可行性，进而设计了间歇式调压蒸汽爆破解离的工艺方案和实验样机，实现了综合力场调控解离黏土，系统研究了解离过程中涉及的科学问题，并将其成功拓展到凹土的改性-解离-干燥一体化以及对片层状蛭石和蒙脱石的纳米化处理。内容还包括基于凹土纳米化的凹土液晶相行为研究、类玛雅蓝的有机染料-凹凸棒石杂化机理研究、类玛雅蓝杂化功能探针的制备及应用研究、Pickering乳液及其应用等相关研究。重要结论为：.（1）在蒸汽爆破解离黏土中，分散介质极性越大，沸点越低、饱和蒸汽压越高、比热容越大，解离效果越好。以适量的水与氮气协同作用，可以有效发挥水的溶剂化效应保证解离效果且可以通过氮气引入减少水用量避免二次团聚。.（2）水是凹土优良分散介质，但解离后棒晶具有强烈的成束及团聚倾向；湿法水相解离凹土不能通过溶剂置换避免二次团聚；有机分散介质可在干燥过程中进入凹土晶格，形成类玛雅蓝物质。.（3）凹凸棒石分散体系可自发转变成典型的向列相且按照成核生长机理生长；浓度的增加导致相转变能力受限，分散体系形成凝胶结构；靛蓝-凹凸棒石也有液晶相行为，且杂化物中靛蓝浓度越大，二向色性越明显。.（4）有机染料与凹凸棒石深度嵌合杂化赋予染料优良的化学稳定性，但只有深入凹凸棒石孔道或沟槽的染料才能得到有效保护；杂化导致凹凸棒石晶格畸变和染料分子的扭曲形变；供电基团有利于杂化而吸电基团弱化杂化；首次发现，杂化中凹凸棒石对染料的N（CH3）2有催化脱甲基的规律。.（5）疏水性有机染料可以通过烘焙在极性凹凸棒石表面有效铺展并深度杂化嵌合在凹凸棒石沟槽中，杂化物的形成将有利于疏水染料分子在水相中分散和结构舒展。我们合成了罗丹明-凹凸棒石杂化荧光颜料，并将其拓宽到Cu2+离子的检测，发现该功能探针具有良好的专一选择性和较强的灵敏度反应。.（6）以凹土为乳化剂制备了O/W型Pickering乳液；以凹土-PDEAEMA为乳化剂，制备了W/O型Pickering乳液，上述乳液均可在pH调节下多次乳化—破乳可逆循环的；以凹土稳定的Pickering乳液聚合为模板制备出了pH敏感药物缓释用复合微球。