摘 要

Abstract II

第一章 绪论 1

第二章 文献综述 2

2.1 高岭土及其插层复合物的研究和意义 2

2.1.1高岭土的资源现状 2

2.1.2高岭土的结构、性质 2

2.2高岭土插层复合物的研究现状 2

2.3高岭土的应用 3

2.3.1高岭土在医药方面的应用 3

2.3.2高岭土在美容护肤方面的应用 3

2.4氨基酸及其衍生物的结构性质与应用 4

2.5置换过程的影响因素 4

2.5.1插层有机物的性质 4

2.5.2高岭土的特征 5

2.5.3反应的条件 6

2.6高岭土有机插层的反应机理 6

第三章 实验部分 7

3.1 实验原料与设备 7

3.1.1 实验原料 7

3.1.2 实验设备 7

3.2 实验步骤 7

3.3结果与讨论 8

第四章 讨论与展望 11

4.1结论 11

4.2讨论 11

4.2.1高岭土插层改性的手段 11

4.3高岭土有机插层复合物的应用 12

参考文献 14

致谢 18

摘要

20世纪80年代以后，新兴产业不断的发展，新材料行业也就成为了新技术领域的一个核心和基础。除了传统的金属材料，非金属矿物材料也有了突飞猛进的发展，这些年来，非金属材料的产值已经超过了金属材料，在经济发展过程中起着越来越重要的作用。高岭土/有机插层复合物作为一种新型的材料在应用中有着不可或缺的优点。高岭土是一种典型的具有1:1型的层状硅酸盐矿物，由硅氧四面体和铝氧八面体层通过氢键连接而成，天然无毒、生物相容性性好、比表面积大、理化性质稳定。一定条件下，物质通过克服氢键作用进入到层间空隙，而不破坏原来的结构的可逆的反应称之为插层作用，但只有一些小分子可以直接插进高岭土的层间，我们可以通过一次或二次取代的方法，将一些大分子插入到高岭土的层间，发挥作用。本文采用高岭土/醋酸钾插层复合物为前驱体，选用溶液搅拌法来制备高岭土-丙氨酸插层复合物。

关键词：高岭土 丙氨酸 插层复合物

Abstract

After 1980s, the development of emerging industries, new materials industry has become a core and foundation of new technology. In addition to the traditional metal materials, non metallic mineral materials has been rapid development, over the years, the output value of the non-metallic materials has exceeded the metal materials, is playing a more and more important role in the process of economic development. Kaolinite / organic intercalation compound as a new type of material has an important advantage in the application. Kaolin is a typical with 1:1 phyllosilicates, by SiO₄ and alo4 octahedral layers are connected via hydrogen bonds, natural non-toxic, bio compatible sexual, large specific surface area, physical and chemical properties and stability. Certain conditions, material through overcome hydrogen bonding interactions into the gaps between layers, and does not destroy the original structure of the reversible reaction of intercalation, but only a few small molecules can be directly inserted into the kaolin layers, we can through a or replacement method, some large molecular insertion of kaolinite interlayer, play a role. In this paper, kaolin / glycine intercalated composite was prepared by the method of solution stirring, which was used as the precursor of kaolin / potassium acetate intercalation compound.

Keywords: alanine kaolin intercalation compound

绪论

高岭土是常见的一种非金属矿产资源，它应用的范围非常的广，在陶瓷业、医药业、化工制造业、日常化用品业以及农业等方面有着不可或缺的作用。它是一种典型的１：１型层状硅酸盐矿物，分子式为AlSiO₅(OH)₄，其中它的每一个分层的结构单元是铝氧八面体和硅氧四面体片以氢键结合而成。高岭土的理化性质比较稳定，具有很强的耐酸能力，但是它的耐碱性比较差，所以通过这一性质经常用来合成分子筛。高岭土的生物相容性好，比表面积大等优点，最近几年，功能性高岭石复合物在高分子纳米聚合物、电化学、催化、医药等领域的研究和应用都有很大的突破，在医药领域和美容护肤领域，高岭土常被用于作为药物缓释的载体，形成美容护肤领域的功能性皮肤涂层等。目前，关于这方面的报道特别的多，如醋酸钾分子通过置换预插层分子DMSO而插入高岭石层间形成高岭土/醋酸钾分子插层复合物，丙氨酸分子通过置换高岭土层间的水分子而形成高岭土－丙氨酸插层复合物等，其稳定性比蒙脱石－丝氨酸要好，且含有的杂质不多，纯度高。由此知道高岭土在医药领域用作功能性的纳米材料具有很大的发展潜力和空间。作为一个抑制性神经递质，丙氨酸通常存在于在中枢神经系统尤其是动物的脊椎里。具有特殊的生物功能，丙氨酸是结构最简单的氨基酸，也是一种重要的基本有机原料，能应用于多个领域。纳米级的插层复合物如果能够是有机物与高岭石插层，那么我们既可以获得新的优异性能有能够极大的对氨基酸的应用起到很大的促进。新材料既是新技术革命的核心又是其它新技术的基础。在新材料，除了金属材料,几乎所有非金属矿物都有关。目前，我们国民经济的各个领域已经离不开非金属材料的开发应用，非金属材料发展十分迅速,大大的推动了我国GDP的增长,非金属材料的影响已超过金属材料,在经济发展过程中我们越来越需要。

本文将研究高岭土/丙氨酸插层复合物的制备方法以及通过XRD、IR、SEM等手段进行表征并讨论影响插层率的影响因素和插层的机理。本文将成功利用环境友好型原料高效的制备高岭土/氨基酸插层复合物揭示插层结构的存在和控制关系，为高岭土/丙氨酸插层复合物的进一步推广应用做出了贡献。

高岭土的球棍模型示意图

第二章 文献综述

2.1 高岭土及其插层复合物的研究和意义

2.1.1高岭土的资源现状

我国的高岭土资源非常的多，我国的非煤建造高岭土资源的状况在世界上排在第五位，且我国的矿床各个地方都有分布五种矿床都有，已经知道的我国的高岭土的储存量大概为180.5吨左右，在全世界我国的高岭土矿产资源是最丰富的^[1]。 从高岭土的进出口状况来看可以发现我国是出口高岭土原料最多的一个国家，可是我国由于需要又经常进口一些高岭土材料，这种供不应求的状态表明我国对高岭土的研究还存在不足研究的深度还没有国外的那么高，但是我们生活中又迫切的需要用到有关高岭土的物品尤其是一些高档的产品，国内的生产能力还远远的不能满足市场的需求^[2]。考虑到这种落后的局面，所以我们有必要对高岭土进行研究，利用好资源充足的优势，带动我国GDP的增长。

2.1.2高岭土的结构、性质

高岭土作为一种非金属矿物是自然界中非常常见的，这是一种常规的１：１型层状硅酸盐矿物^[3]。由于在景德镇高岭村发现，所以命名于此。高岭土的颜色是白色的，经常用于制造一些精美的瓷器。它的生物相容性好，黏度高，分散性好，可塑性好比表面积大，有很好的抗酸性。研究认为，高岭土层间的电荷没有阳离子，没有同行置换，离子交换能力很差的高岭土交换能力非常的弱，离子交换这种现象一般是不会发生的。但是经过多次插层和脱嵌处理的高岭土反应活性将大大的增加，即使原来不能反应的高价态离子也可以发生离子交换进入高岭土层间。此外，高岭土层间的距离很小，高岭土的晶体结构中几乎没有晶格取代的现象，水分不易进入到晶层中间，是非膨胀型的黏土矿物。

2.2高岭土插层复合物的研究现状

在一定的条件下，某些物质比如分子、离子、原子进入层状固体层间缝隙的可逆插入反应，通常称层状固体为主体，而被插入的物质为客体，由此而形成的化合物我们把它称为插层复合物^[4]。高岭土有机插层复合物的研究起源于20世纪中期，Wada等首次将醋酸钾插入了高岭土，他通过研磨醋酸钾浸泡发现高岭土的层间距变大了，由此开创有机插层的新时代。这么多年来高岭土的研究取得了不断的进展，我们发现了好多可以插进高岭土的物质，还有我们发现可以用置换法可以将一些大分子物质插进入高岭土，并实现了聚合物单体在高岭土层间的聚合^[6-8]。插层分子根据插层的作用方式可以分为两类^[9]一种是直接插入高岭土的，比如DMSeO(二甲基硒亚砜)、NMF(N-甲基酰胺)、FA(甲酰胺)、PNO(氧化吡啶)、DMSO(二甲基亚砜)、醋酸钾等，还有一种是通过前驱体通过置换间接插入的，比如具有-CO-NH-、-CO-、-NH-等基团的有机单体^[10]。

2.3高岭土的应用

2.3.1高岭土在医药方面的应用

黏土类矿物在医药方面的应用有着很长的历史^[11]早在公元前2300年，尼普尔就发现药物中的黏土具有治愈伤口的功能，高岭土有止血的功效，还有研究报道^[12]在有的口服药物中都含有大量的高岭土。Robertson^[13]发现高岭石可以治疗腹泻和某些细菌感染的疾病，它能够吸附于细胞膜吸收有毒物质。现在有很多类似于腹泻的疾病，并且我们对抗生素的免疫力越来越大。高岭土的出现可以大大地降低死亡率。Sarah E.等[13]研究表明高岭土是止血剂QuickClot的高效替代品.QuickClot是由沸石材料组成，在吸水的过程中会放出大量的热，而如果采用高岭土则会避免这个缺点且止血所用的时间要短，生物相容性十分的好。Bonina等制备了高岭石-水杨酸复合物^[14]并研究了缓释性能。用液相置换法我们可以用水合高岭土作为前驱体将丙氨酸插入高岭土的层间形成高岭土-丙氨酸插层复合物^[15],这种插层复合物在医药方面具有巨大的发展潜力。