高嶺土在新能源、新材料領域中的應用及最新研究進展
高嶺土是一種天然的黏土礦物，具有典型的1:1層狀硅酸鹽晶體結構，天然的層狀結構、較強的吸附性和較好的生物相容性，使得高嶺土在新能源、新材料等戰略性新興產業方面顯示出獨特的優勢。 1、高嶺土在新能源領域的應用 高嶺土在新能源領域的應用隨着社會的不斷進步與科學技術不斷髮展，人類對能源的需求量越來越大，各國也都在採取積極有效的措施來減少能源的損失。中國人口眾多，城市建築面積大，做好建築領域的節能問題將會大大減少中國每年的能源損失。選擇具有適宜相變温度和較好儲熱特性的相變材料對建築節能具有深遠意義。 傳統的的單一相變材料由於其組成單一，難以滿足室內調温的相變温度範圍。脂肪酸類和醇類固－液相變材料具有很好的相混性，製備的二元體系低共熔物很好地拓展了相變温度範圍。但有機相變材料由於其導熱係數低，相變過程中有液相產生，故其應用有很大侷限性。高嶺土具有天然的納米片層結構、導熱係數高，能夠作為良好的載體，在相變材料中具有廣泛的應用。 （1）建築相變儲熱材料 以二甲基亞碸（DMSO）為插層劑，採用熔融插層方法對煤系高嶺土插層改性，並以插層改性後的高嶺土為基體，在其層間分別插入相變材料月桂醇（LAL）和月桂酸（LA），成功製備了二元有機/煤系高嶺土複合相變儲能材料。 比較不同複合相變儲能材料的儲熱性能（表1）。由表1可知，LA－LAL/Kaolin二元有機/煤系高嶺土複合相變儲能材料相變温度均在室温範圍內。可見，插層改性後的煤系高嶺土層間插入二元有機低共熔物可用來調控室內的温度變化。基於此特性，二元有機/煤系高嶺土複合相變儲能材料可廣泛應用於建築行業，達到節能的目的。
採用真空浸漬法制備的三種高嶺土基複合相變材料（Kb－CPCMs）］具有良好的蓄熱、通風和空調功能，適用於建築圍護結構的採暖、通風和空調。 對天然煤系高嶺石礦物煅燒、酸浸，成功合成了二氧化硅納米板（SNSs），使得顆粒較小、分散性好、尺寸在5nm左右的Ag納米顆粒（AgNPs）能夠均勻地附着在Sn2+活化的SNSs表面，大大提高了Ag/Sn2+－SNSs的導熱性和穩定性。通過與聚乙二醇（PEG）進一步雜交合成PEG@Ag/Sn2+－SNSs，其最大容量達到66.1%，融化潛熱達到113.9J/g，導熱係數達到0.84W/（mK）。Ag/Sn2+－SNSs的結構協同作用，提高了相變材料的熱導率。AgNPs的引入使得材料的熔化和凝固週期明顯縮短，促進了複合相變材料（PCM）的傳熱。此外，複合相變材料PCM在200次循環後仍能保持良好的熱可靠性，充分説明其在儲熱系統中的應用潛力。 （2）太陽能儲能材料 太陽能儲量大、分佈廣、清潔環保，但由於其能量密度低、分佈不均勻、不穩定等侷限性一直未能大規模應用。儲熱材料可利用自身可逆的相變反應，實現熱量的存儲與釋放，能夠大大改善太陽能熱發電站工作效率低的問題，對於太陽能的廣泛應用具有實際意義。
以高嶺土和硬脂酸鈉為原料，製備出新型的高嶺土/硬脂酸鈉相變儲熱材料。由表2可知，高嶺土/硬脂酸鈉相變儲熱材料與同類型相變儲熱材料相比，該相變儲熱材料熔融潛熱和冷凝潛熱分別高達109.25、109.01J/g。因此，高嶺土/硬脂酸鈉相變儲熱材料更適用於太陽能熱發電站的儲熱系統。對高嶺土/硬脂酸鈉相變儲熱材料進行了熱循環試驗。結果表明，經過500次熱循環後，相變儲熱材料熔融温度、冷凝温度、熔融潛熱和冷凝潛熱等性能變化均不大，而且熱循環後相變儲熱材料吸收峯的位置及形狀沒有發生明顯變化，充分説明高嶺土/硬脂酸鈉相變儲熱材料具有優異的熱穩定性。 2、高嶺土在新材料領域的應用 分子篩具有吸附分離、快速交換和催化等優點，可廣泛應用於冶金、石油、化工、醫藥和日用化工等領域。儲量豐富、價格低廉、鋁硅含量高，使得高嶺土可作為製備分子篩的良好原料。 以高嶺土為硅源和鋁源，水熱合成SAPO－34介孔分子篩，負載CuO－ZnO催化劑，成功製備了新型（CuO－ZnO）－kaolin/SAPO－34催化劑，用於以二氧化碳和氫氣為原料合成低碳烯烴。通過X射線衍射、掃描電子顯微鏡、能量色散譜等對樣品進行了表徵。結果表明，SAPO－34分子篩具有片狀結構，結晶度較高，比表面積大，有效縮短了中間產物的擴散。CuO－ZnO顆粒在高嶺土表面分佈良好，暴露出了更加活躍的CO2轉化場所。同時新型催化劑的約束作用有效防止了甲醇的擴散，大大增強了催化效率。 對天然層狀高嶺土煅燒、酸浸、超聲處理，實現了結構重組，成功合成了新型分級多孔SiO2－AlOOH（SA）複合納米片。並採用原位化學沉澱法將納米CuO進一步吸附在SA上，進行CO催化氧化。富羥基的高比表面積SA複合納米薄片可以保證原位負載的納米CuO顆粒的良好分散，增加了Cu的活性位點，保留了足夠的羥基。700～900℃煅燒高嶺土製得偏高嶺土，在氫氧化鈉溶液中水熱條件下進行改性。改性後的高嶺土具有對酯基轉移作用有很強的催化作用，同時發現改性後的高嶺土具有與沸石LTA相似的結構特性。 以布里塔高嶺土為原料，成功合成了中孔型沸石分子篩。在988cm－1處檢測到硅氧四面體或鋁氧四面體振動，説明NaY沸石具有均勻的形態和結晶顆粒。合成的沸石是一種具有Ⅳ型等温線的中孔材料，其表面積為434.2m2/g，孔徑為9.421nm。 不同的改性條件對高嶺土合成的分子篩結構有很大的影響。以鹼處理的焙燒高嶺土微球（CKM）為載體，採用原位合成方法制備了ZSM－5分子篩。結果表明，鹼處理增加了CKM比表面積，擴大了其孔徑，降低了n（SiO2）/n（Al2O3），為原位合成提供活性表面，促進了原位合成的發生。 分別用5%、10%、15%、20%、25%的鹽酸對高嶺土進行酸改性，得到不同濃度酸改性高嶺土試樣。對試樣進行表徵分析，結果表明，隨着鹽酸濃度的增加高嶺土凝結成片狀，堆積孔道變小，結合更加緊密。利用高嶺土合成較純的4A分子篩最佳合成條件為:n（Na2O）:n（SiO2）=3:2、n（H2O）:n（Na2O）=40:1、煅燒温度850℃、煅燒時間2h、膠化温度60℃、膠化時間3h、晶化温度95℃、晶化時間4h。 未來對高嶺土結構及其性能機理的研究更加深入、微觀，高嶺土必將在更多的新興領域發揮出更大的作用。 資料來源：《孟宇航,尚璽,張乾,楊華明.高嶺土的功能化改性及其戰略性應用[J].礦產保護與利用,2019（06）:69-76》，由【粉體技術網】編輯整理，轉載請註明出處！
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