高岭土在新能源、新材料领域中的应用及最新研究进展
高岭土是一种天然的黏土矿物，具有典型的1:1层状硅酸盐晶体结构，天然的层状结构、较强的吸附性和较好的生物相容性，使得高岭土在新能源、新材料等战略性新兴产业方面显示出独特的优势。 1、高岭土在新能源领域的应用 高岭土在新能源领域的应用随着社会的不断进步与科学技术不断发展，人类对能源的需求量越来越大，各国也都在采取积极有效的措施来减少能源的损失。中国人口众多，城市建筑面积大，做好建筑领域的节能问题将会大大减少中国每年的能源损失。选择具有适宜相变温度和较好储热特性的相变材料对建筑节能具有深远意义。 传统的的单一相变材料由于其组成单一，难以满足室内调温的相变温度范围。脂肪酸类和醇类固－液相变材料具有很好的相混性，制备的二元体系低共熔物很好地拓展了相变温度范围。但有机相变材料由于其导热系数低，相变过程中有液相产生，故其应用有很大局限性。高岭土具有天然的纳米片层结构、导热系数高，能够作为良好的载体，在相变材料中具有广泛的应用。 （1）建筑相变储热材料 以二甲基亚砜（DMSO）为插层剂，采用熔融插层方法对煤系高岭土插层改性，并以插层改性后的高岭土为基体，在其层间分别插入相变材料月桂醇（LAL）和月桂酸（LA），成功制备了二元有机/煤系高岭土复合相变储能材料。 比较不同复合相变储能材料的储热性能（表1）。由表1可知，LA－LAL/Kaolin二元有机/煤系高岭土复合相变储能材料相变温度均在室温范围内。可见，插层改性后的煤系高岭土层间插入二元有机低共熔物可用来调控室内的温度变化。基于此特性，二元有机/煤系高岭土复合相变储能材料可广泛应用于建筑行业，达到节能的目的。
采用真空浸渍法制备的三种高岭土基复合相变材料（Kb－CPCMs）］具有良好的蓄热、通风和空调功能，适用于建筑围护结构的采暖、通风和空调。 对天然煤系高岭石矿物煅烧、酸浸，成功合成了二氧化硅纳米板（SNSs），使得颗粒较小、分散性好、尺寸在5nm左右的Ag纳米颗粒（AgNPs）能够均匀地附着在Sn2+活化的SNSs表面，大大提高了Ag/Sn2+－SNSs的导热性和稳定性。通过与聚乙二醇（PEG）进一步杂交合成PEG@Ag/Sn2+－SNSs，其最大容量达到66.1%，融化潜热达到113.9J/g，导热系数达到0.84W/（mK）。Ag/Sn2+－SNSs的结构协同作用，提高了相变材料的热导率。AgNPs的引入使得材料的熔化和凝固周期明显缩短，促进了复合相变材料（PCM）的传热。此外，复合相变材料PCM在200次循环后仍能保持良好的热可靠性，充分说明其在储热系统中的应用潜力。 （2）太阳能储能材料 太阳能储量大、分布广、清洁环保，但由于其能量密度低、分布不均匀、不稳定等局限性一直未能大规模应用。储热材料可利用自身可逆的相变反应，实现热量的存储与释放，能够大大改善太阳能热发电站工作效率低的问题，对于太阳能的广泛应用具有实际意义。
以高岭土和硬脂酸钠为原料，制备出新型的高岭土/硬脂酸钠相变储热材料。由表2可知，高岭土/硬脂酸钠相变储热材料与同类型相变储热材料相比，该相变储热材料熔融潜热和冷凝潜热分别高达109.25、109.01J/g。因此，高岭土/硬脂酸钠相变储热材料更适用于太阳能热发电站的储热系统。对高岭土/硬脂酸钠相变储热材料进行了热循环试验。结果表明，经过500次热循环后，相变储热材料熔融温度、冷凝温度、熔融潜热和冷凝潜热等性能变化均不大，而且热循环后相变储热材料吸收峰的位置及形状没有发生明显变化，充分说明高岭土/硬脂酸钠相变储热材料具有优异的热稳定性。 2、高岭土在新材料领域的应用 分子筛具有吸附分离、快速交换和催化等优点，可广泛应用于冶金、石油、化工、医药和日用化工等领域。储量丰富、价格低廉、铝硅含量高，使得高岭土可作为制备分子筛的良好原料。 以高岭土为硅源和铝源，水热合成SAPO－34介孔分子筛，负载CuO－ZnO催化剂，成功制备了新型（CuO－ZnO）－kaolin/SAPO－34催化剂，用于以二氧化碳和氢气为原料合成低碳烯烃。通过X射线衍射、扫描电子显微镜、能量色散谱等对样品进行了表征。结果表明，SAPO－34分子筛具有片状结构，结晶度较高，比表面积大，有效缩短了中间产物的扩散。CuO－ZnO颗粒在高岭土表面分布良好，暴露出了更加活跃的CO2转化场所。同时新型催化剂的约束作用有效防止了甲醇的扩散，大大增强了催化效率。 对天然层状高岭土煅烧、酸浸、超声处理，实现了结构重组，成功合成了新型分级多孔SiO2－AlOOH（SA）复合纳米片。并采用原位化学沉淀法将纳米CuO进一步吸附在SA上，进行CO催化氧化。富羟基的高比表面积SA复合纳米薄片可以保证原位负载的纳米CuO颗粒的良好分散，增加了Cu的活性位点，保留了足够的羟基。700～900℃煅烧高岭土制得偏高岭土，在氢氧化钠溶液中水热条件下进行改性。改性后的高岭土具有对酯基转移作用有很强的催化作用，同时发现改性后的高岭土具有与沸石LTA相似的结构特性。 以布里塔高岭土为原料，成功合成了中孔型沸石分子筛。在988cm－1处检测到硅氧四面体或铝氧四面体振动，说明NaY沸石具有均匀的形态和结晶颗粒。合成的沸石是一种具有Ⅳ型等温线的中孔材料，其表面积为434.2m2/g，孔径为9.421nm。 不同的改性条件对高岭土合成的分子筛结构有很大的影响。以碱处理的焙烧高岭土微球（CKM）为载体，采用原位合成方法制备了ZSM－5分子筛。结果表明，碱处理增加了CKM比表面积，扩大了其孔径，降低了n（SiO2）/n（Al2O3），为原位合成提供活性表面，促进了原位合成的发生。 分别用5%、10%、15%、20%、25%的盐酸对高岭土进行酸改性，得到不同浓度酸改性高岭土试样。对试样进行表征分析，结果表明，随着盐酸浓度的增加高岭土凝结成片状，堆积孔道变小，结合更加紧密。利用高岭土合成较纯的4A分子筛最佳合成条件为:n（Na2O）:n（SiO2）=3:2、n（H2O）:n（Na2O）=40:1、煅烧温度850℃、煅烧时间2h、胶化温度60℃、胶化时间3h、晶化温度95℃、晶化时间4h。 未来对高岭土结构及其性能机理的研究更加深入、微观，高岭土必将在更多的新兴领域发挥出更大的作用。 资料来源：《孟宇航,尚玺,张乾,杨华明.高岭土的功能化改性及其战略性应用[J].矿产保护与利用,2019（06）:69-76》，由【粉体技术网】编辑整理，转载请注明出处！
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