本發明屬于凹凸棒加工技術領域，具體地，涉及一種改變凹凸棒土結構的方法。
背景技術：
凹凸棒土是一種天然水合礦物，它的基本單元是直徑約為20-50nm、長度約為1mm的纖維狀的棒晶。由于其納米尺寸，棒晶具有較大的比表面積，在自然狀態下不能穩定的獨立存在，而是相互隨機吸附形成許多聚集體，一梱梱地呈束狀分布。正因為棒晶的大量聚集，使凹凸棒土的比表面積大大低于其理論極限值（即所有棒晶比表面積之和）。未經任何處理的凹凸棒土比表面積一般不高于150m2/g，這使其在很多領域的應用受到限制，比如吸附劑、催化劑、載體等。因此，凹凸棒土的分散受到了越來越多科研工作者的關注。目前，常用的方法有物理法和化學法，前者主要包括機械擠壓、超聲處理等；后者通常為酸堿處理。盡管這些方法能在一定程度上提高凹凸棒土的分散性，提高其比表面積，但是很難實現大幅度的提高，即數值上很難超過200m2/g，其原因是這些方法只是將部分的棒晶聚集體分散成小的聚集體或單個棒晶，而不能改變棒晶的微觀結構。
復雜結構的納米材料譬如納米纖維網絡結構較線狀結構具有更加優良的性能，包括：機械性能、流變性、阻滯性、吸附性、催化性、納米篩、隔熱性等。因而，納米網絡的設計和構筑受到越來越多的關注。然而，現有的工作大多集中在借助分子自組裝技術的有機納米網絡的合成。對于應用較廣泛的無機納米材料而言，由于其在制備過程中常常呈線狀生長，不能像有機納米材料在制備過程中通過控制反應條件“自組裝”成網狀結構。因此，開發將線狀納米結構轉變成網狀納米結構的后處理技術具有廣闊的應用前景。有報導說，借助透射電子顯微鏡的電子束輻照產生的高溫效應可將線狀單壁碳納米管縫合起來，但是，對能夠普遍使用的將線狀無機納米結構轉換為納米網絡結構的方法鮮有報導。
根據離子束對有機小分子具有更高的濺射率，我們用離子束將控失尿素中的尿素剔除掉。離子束轟擊尿素/凹凸棒土復配物可清晰地看到，離子束刻蝕不僅剔除了尿素，而且使剛性的凹凸棒土納米線彎曲變形。離子束轟擊純的凹凸棒土，改變離子束的能量和劑量，可以控制凹凸棒土由棒狀到網絡結構的形成過程。這給我們重要的啟示：離子束轟擊技術可能是一種簡便快捷地無機線狀納米材料轉換為網絡結構的新方法。這種方法不僅用于凹凸棒土材料網絡的構建，對其他無機線狀納米材料的網絡化同樣適用。
技術實現要素：
針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種改變凹凸棒土結構的方法，能大大提高凹凸棒土分散性且將其棒狀結構構筑成網絡結構。
本發明提供一種改變凹凸棒土結構的方法，所述方法包括如下步驟：
（1）凹凸棒土樣品預處理：將凹凸棒粘土磨制成粒徑120-180目篩的顆粒，以0.4-0.8%質量百分比濃度添加到水中形成懸濁液，同時在懸濁液中添加表面活性劑，并控制懸濁液pH值為5-7，不斷攪拌懸濁液；去雜質后經過超聲處理，烘干得到純化的凹凸棒土粉末；將純化的凹凸棒土粉末加入到純水中，配置成純化的凹凸棒土懸濁液，蘸取懸濁液均勻涂布在器皿上，將器皿烘干，得到備用凹凸棒土樣品；
（2）離子束轟擊：備用凹凸棒土樣品用離子束生物工程裝置輻照，有輻照參數：離子束能量范圍為5-1000keV，劑量范圍為20-100000keV。
優選地，所述方法包括如下步驟：
（1）凹凸棒土樣品預處理：將凹凸棒粘土磨制成粒徑為130-160目篩的顆粒，以0.5-0.7%質量百分比濃度添加到水中形成懸濁液，同時在懸濁液中添加表面活性劑，并控制懸濁液pH值為6-7，不斷攪拌懸濁液；去雜質后經過超聲處理，烘干得到純化的凹凸棒土粉末；將純化的凹凸棒土粉末加入到純水中，配置成純化的凹凸棒土懸濁液，蘸取懸濁液均勻涂布在器皿上，將器皿烘干，得到備用凹凸棒土樣品；
（2）離子束轟擊：備用凹凸棒土樣品用離子束生物工程裝置輻照，有輻照參數：離子束能量范圍為5-1000keV，劑量范圍為20-100000keV。
優選地，所述方法包括如下步驟：
（1）凹凸棒土樣品預處理：將凹凸棒粘土磨制成粒徑為140-150目篩的顆粒，以0.6-0.7%質量百分比濃度添加到水中形成懸濁液，同時在懸濁液中添加表面活性劑，并控制懸濁液pH值為6-7，不斷攪拌懸濁液；去雜質后經過超聲處理，烘干得到純化的凹凸棒土粉末；將純化的凹凸棒土粉末加入到純水中，配置成純化的凹凸棒土懸濁液，蘸取懸濁液均勻涂布在器皿上，將器皿烘干，得到備用凹凸棒土樣品；
（2）離子束轟擊：備用凹凸棒土樣品用離子束生物工程裝置輻照，有輻照參數：離子束能量范圍為5-1000keV，劑量范圍為20-100000keV。
優選地，所述方法包括如下步驟：
（1）凹凸棒土樣品預處理：將凹凸棒粘土磨制成粒徑為140-145目篩的顆粒，以0.6-0.7%質量百分比濃度添加到水中形成懸濁液，同時在懸濁液中添加表面活性劑，并控制懸濁液pH值為6-7，不斷攪拌懸濁液；去雜質后經過超聲處理，烘干得到純化的凹凸棒土粉末；將純化的凹凸棒土粉末加入到純水中，配置成純化的凹凸棒土懸濁液，蘸取懸濁液均勻涂布在器皿上，將器皿烘干，得到備用凹凸棒土樣品；
（2）離子束轟擊：備用凹凸棒土樣品用離子束生物工程裝置輻照，有輻照參數：離子束能量范圍為5-1000keV，劑量范圍為20-100000keV。
優選地，所述離子束能量范圍為60keV，劑量范圍為1000keV。
優選地，所述離子束能量范圍為40keV，劑量范圍為1500keV。
優選地，所述離子束能量范圍為30keV，劑量范圍為2000keV。
優選地，所述離子束能量范圍為20keV，劑量范圍為4000keV。
優選地，所述離子束能量范圍為5keV，劑量范圍為8000keV。
與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果：
（1）本發明的方法穩定、便捷，不需煩瑣的化學處理，且可以批量處理，具有較大的應用前景；
（2）本發明在離子束的局部熱效應下，凹凸棒土棒晶彎曲變形，相互鏈接或搭接形成三維多孔納米網絡，從而提高其催化性和載體性；
（3）本發明離子束轟擊后，原來呈束狀分布的凹凸棒土聚集體被分散成單個的棒晶，使凹凸棒土的分散性大幅度提高，從而提高其吸附性。
具體實施方式
下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。
實施例1
本實施例提供的改變凹凸棒土結構的方法，所述方法包括如下步驟：
（1）凹凸棒土樣品預處理：將凹凸棒粘土磨制成粒徑180目篩的顆粒，以0.4%質量百分比濃度添加到水中形成懸濁液，同時在懸濁液中添加表面活性劑，并控制懸濁液pH值為7，不斷攪拌懸濁液；去雜質后經過超聲處理，烘干得到純化的凹凸棒土粉末；將純化的凹凸棒土粉末加入到純水中，配置成純化的凹凸棒土懸濁液，蘸取懸濁液均勻涂布在器皿上，將器皿烘干，得到備用凹凸棒土樣品；
（2）離子束轟擊：備用凹凸棒土樣品用離子束生物工程裝置輻照，有輻照參數：離子束能量范圍為5keV，劑量范圍為100000keV。
實施例2
本實施例提供的改變凹凸棒土結構的方法，所述方法包括如下步驟：
（1）凹凸棒土樣品預處理：將凹凸棒粘土磨制成粒徑120目篩的顆粒，以0.8%質量百分比濃度添加到水中形成懸濁液，同時在懸濁液中添加表面活性劑，并控制懸濁液pH值為5，不斷攪拌懸濁液；去雜質后經過超聲處理，烘干得到純化的凹凸棒土粉末；將純化的凹凸棒土粉末加入到純水中，配置成純化的凹凸棒土懸濁液，蘸取懸濁液均勻涂布在器皿上，將器皿烘干，得到備用凹凸棒土樣品；
（2）離子束轟擊：備用凹凸棒土樣品用離子束生物工程裝置輻照，有輻照參數：離子束能量范圍為1000keV，劑量范圍為20keV。
實施例3
本實施例提供的改變凹凸棒土結構的方法，所述方法包括如下步驟：
（1）凹凸棒土樣品預處理：將凹凸棒粘土磨制成粒徑130目篩的顆粒，以0.8%質量百分比濃度添加到水中形成懸濁液，同時在懸濁液中添加表面活性劑，并控制懸濁液pH值為5-7，不斷攪拌懸濁液；去雜質后經過超聲處理，烘干得到純化的凹凸棒土粉末；將純化的凹凸棒土粉末加入到純水中，配置成純化的凹凸棒土懸濁液，蘸取懸濁液均勻涂布在器皿上，將器皿烘干，得到備用凹凸棒土樣品；
（2）離子束轟擊：備用凹凸棒土樣品用離子束生物工程裝置輻照，有輻照參數：離子束能量范圍為60keV，劑量范圍為1000keV。
實施例4
本實施例提供的改變凹凸棒土結構的方法，所述方法包括如下步驟：
（1）凹凸棒土樣品預處理：將凹凸棒粘土磨制成粒徑160目篩的顆粒，以0.4%質量百分比濃度添加到水中形成懸濁液，同時在懸濁液中添加表面活性劑，并控制懸濁液pH值為5，不斷攪拌懸濁液；去雜質后經過超聲處理，烘干得到純化的凹凸棒土粉末；將純化的凹凸棒土粉末加入到純水中，配置成純化的凹凸棒土懸濁液，蘸取懸濁液均勻涂布在器皿上，將器皿烘干，得到備用凹凸棒土樣品；
（2）離子束轟擊：備用凹凸棒土樣品用離子束生物工程裝置輻照，有輻照參數：離子束能量范圍為40keV，劑量范圍為1500keV。
實施例5
本實施例提供的改變凹凸棒土結構的方法，所述方法包括如下步驟：
（1）凹凸棒土樣品預處理：將凹凸棒粘土磨制成粒徑140目篩的顆粒，以0.7%質量百分比濃度添加到水中形成懸濁液，同時在懸濁液中添加表面活性劑，并控制懸濁液pH值為7，不斷攪拌懸濁液；去雜質后經過超聲處理，烘干得到純化的凹凸棒土粉末；將純化的凹凸棒土粉末加入到純水中，配置成純化的凹凸棒土懸濁液，蘸取懸濁液均勻涂布在器皿上，將器皿烘干，得到備用凹凸棒土樣品；
（2）離子束轟擊：備用凹凸棒土樣品用離子束生物工程裝置輻照，有輻照參數：離子束能量范圍為30keV，劑量范圍為2000keV。
實施例6
本實施例提供的改變凹凸棒土結構的方法，所述方法包括如下步驟：
（1）凹凸棒土樣品預處理：將凹凸棒粘土磨制成粒徑145目篩的顆粒，以0.7%質量百分比濃度添加到水中形成懸濁液，同時在懸濁液中添加表面活性劑，并控制懸濁液pH值為6，不斷攪拌懸濁液；去雜質后經過超聲處理，烘干得到純化的凹凸棒土粉末；將純化的凹凸棒土粉末加入到純水中，配置成純化的凹凸棒土懸濁液，蘸取懸濁液均勻涂布在器皿上，將器皿烘干，得到備用凹凸棒土樣品；
（2）離子束轟擊：備用凹凸棒土樣品用離子束生物工程裝置輻照，有輻照參數：離子束能量范圍為20keV，劑量范圍為4000keV。
實施例7
本實施例提供的改變凹凸棒土結構的方法，所述方法包括如下步驟：
（1）凹凸棒土樣品預處理：將凹凸棒粘土磨制成粒徑140目篩的顆粒，以0.6%質量百分比濃度添加到水中形成懸濁液，同時在懸濁液中添加表面活性劑，并控制懸濁液pH值為6，不斷攪拌懸濁液；去雜質后經過超聲處理，烘干得到純化的凹凸棒土粉末；將純化的凹凸棒土粉末加入到純水中，配置成純化的凹凸棒土懸濁液，蘸取懸濁液均勻涂布在器皿上，將器皿烘干，得到備用凹凸棒土樣品；
（2）離子束轟擊：備用凹凸棒土樣品用離子束生物工程裝置輻照，有輻照參數：離子束能量范圍為5keV，劑量范圍為8000keV。
實施例8
本實施例提供的改變凹凸棒土結構的方法，所述方法包括如下步驟：
（1）凹凸棒土樣品預處理：將凹凸棒粘土磨制成粒徑145目篩的顆粒，以0.6%質量百分比濃度添加到水中形成懸濁液，同時在懸濁液中添加表面活性劑，并控制懸濁液pH值為7，不斷攪拌懸濁液；去雜質后經過超聲處理，烘干得到純化的凹凸棒土粉末；將純化的凹凸棒土粉末加入到純水中，配置成純化的凹凸棒土懸濁液，蘸取懸濁液均勻涂布在器皿上，將器皿烘干，得到備用凹凸棒土樣品；
（2）離子束轟擊：備用凹凸棒土樣品用離子束生物工程裝置輻照，有輻照參數：離子束能量范圍為20keV，劑量范圍為4000keV。
本發明原理是：凹凸棒土為Si、Mg氧化物和Al的水合分子配位組成的復雜結構，屬于熱和電的不良導體。當高能量密度的離子轟擊凹凸棒土聚集體時，由于熱效應和電荷效應，大部分聚集體被“劈開”，形成許多分散的棒晶。由于沿凹凸棒土棒晶軸線受熱不均勻而產生熱應力，致使納米棒晶彎曲變形，伸長或收縮運動，互相對接或搭接。自然狀態下凹凸棒土棒晶兩端如針狀，持續不斷地離子束刻蝕使針尖越來越細，以致在高能量密度離子束轟擊下可能出現‘熔融’現象。離子束轟擊可以使納米線結構中的原子離位，產生空位缺陷。由于凹凸棒土為電的不良導體，兩個質點之間的庫侖斥力大于機械強度，可能使質點碎片拋射而產生更大的缺陷。當熔融的納米線端相互對接或者熔融的一端與棒晶空位缺陷搭接，接觸區兩側運動的移位原子可以相互混合，形成了一個在結構上混為一體的“焊接區”。由此可見，高能量密度離子束轟擊促使剛性線狀凹凸棒土產生熱應力彎曲變形，尖端熔融，相互對接或搭接，在相互交疊區融為一體性結構，達到焊接的目的，從而轉變成復雜網絡結構。總之，離子束轟擊后，原來呈束狀分布的凹凸棒土聚集體被分散成單個的棒晶，并在離子束的局部熱效應下，相互鏈接形成三維多孔納米網絡，因而凹凸棒土的分散性得到大幅度提高。
以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的范圍內做出各種變形或修改，這并不影響本發明的實質內容。