本发明涉及二维粘土纳米片制备，尤其涉及一种基于超临界流体的蒙脱石纳米片干法制备方法。
背景技术：
1、蒙脱石是一种典型的含水层状硅酸盐粘土矿物，属单斜晶系二八面体型结构，由中间一层铝氧八面体和上下两层硅氧四面体构成类三明治的结构，其结构层之间天然就含有水分子和可交换的阳离子。因蒙脱石片层呈现出永久负电荷，其层间会吸附一定量的碱金属离子(na+，k+)和碱土金属离子(mg2+，ca2+)等。这些特征使蒙脱石展现出优异的离子吸附、水化膨胀、胶体分散以及各向异性等理化特性，被广泛的应用于环境、建工建材、石油化工、生物医药等领域。
2、蒙脱石剥离制备成纳米片后具有小尺寸、表面与界面、量子尺寸等效应而展现出不同于宏观体的独特属性，在新型矿物功能材料的设计与合成中展现出极大的潜力。如：i)蒙脱石剥离成二维纳米片后，层间被完全打开，由层状孔转变成外表面，吸附位点完全暴露，是具有潜力的吸附材料；ii)层面及棱面电荷完全暴露，蒙脱石纳米片之间可形成卡房结构，对一些特殊离子、分子等进行截留或封存，是新型高效的吸附剂设计与开发的理想原料；iii)蒙脱石纳米片表面负电荷暴露出来，在片层与片层之间形成静电斥力，可形成稳定分散的胶体悬浮液，可充分分散于各种有机、无机体系，制备均相复合材料。
3、蒙脱石层间作用力的主要来源是阳离子与蒙脱石片层表面带负电荷的氧原子之间产生静电力，由于层间阳离子的水合作用，导致蒙脱石的结构稳定性容易受环境因素影响，较难实现片层之间的均匀剥离，以及剥离后容易再次聚集。
4、目前，关于蒙脱石的剥离主要在液相环境中进行，包括剪切、超声、球磨等物理剥离方法、插层、柱撑等化学剥离方法以及物理-化学联合剥离方法。机械剥离技术成熟且操作简便，但能耗高，且可能破坏晶体结构。化学插层剥离法可以保持完整的层状晶体结构，但耗时耗能，且插层剂的使用往往对环境造成污染。
技术实现思路
1、鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种基于超临界流体的蒙脱石纳米片干法制备方法，用以解决现有技术中无法直接通过干法剥离获得少层或单层蒙脱石纳米片，剥离得到的纳米片尺寸和厚度较难控制，蒙脱石结构被破坏，剥离后的蒙脱石纳米片层数不均匀以及剥离后的蒙脱石纳米片再次聚集等问题中的至少一个。
2、一方面，本发明实施例提供了一种基于超临界流体的蒙脱石纳米片干法制备方法，包括如下步骤：
3、(1)将蒙脱石原矿置入超临界高压反应釜中；
4、(2)通入气体，打开加热炉，使釜内压力和温度达到设定值；
5、(3)气体达到超临界状态后，开启搅拌，促使超临界流体与蒙脱石原矿充分接触；
6、(4)反应一定时间后，迅速打开泄压阀，使釜内压力降到常压；
7、(5)获得蒙脱石纳米片干粉。
8、进一步地，其特征在于，步骤(2)～(4)重复进行1次以上。
9、需要说明的是，其特征在于，步骤(2)～(4)重复进行过程中超临界高压反应釜中气体循环使用。
10、具体地，步骤(1)中加入的蒙脱石原矿质量与高压反应釜容积之间的关系为1～3g/l。
11、示例性地，步骤(2)中所述的釜内通入气体包括氮气、二氧化碳、氩气中的一种或几种。
12、进一步地，步骤(2)中所述的步骤(2)中所述的釜内温度设定值为40～60℃；
13、步骤(2)中所述的釜内压力设定值为8～14mpa。
14、优选地，步骤(3)中所述的搅拌速度为1000～1800rpm。
15、进一步地，步骤(4)中所述的反应时间为0.5～1h。
16、另一方面，本发明实施例还提供了一种蒙脱石纳米片干法制备系统，用于所述的干法制备方法，蒙脱石纳米片干法制备系统包括第一高压反应釜和第二高压反应釜，以及第一气体增压泵、第二气体增压泵；第一高压反应釜和第二高压反应釜分别设有第一泄压阀和第二泄压阀；
17、第一泄压阀出口通过管道与第一气体增压泵的吸入口连接，第一气体增压泵出口通过管道与第二高压反应釜入口阀连接，第二泄压阀出口通过管道与第二气体增压泵的吸入口连接，第二气体增压泵出口通过管道与第一高压反应釜入口阀连接。
18、与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
19、1、本发明利用超临界流体辅助，通过干法剥离制备得到蒙脱石纳米片干粉，简单高效并且环保无污染，相比于液相剥离，可以直接得到干粉，免去了干燥脱水步骤，极大的节省了生产成本；并且干粉状态增加了产品的运输性，应用范围更广。
20、2、本发明超临界流体可以循环使用，显著降低了生产成本，使得该方法在工业应用中具有更高的经济效益。
21、3、本发明通过精确控制蒙脱石原料添加量、反应釜的温度和压力以及循环剥离次数等参数，可以控制剥离得到的蒙脱石纳米片的层数，满足不同应用领域的需求，并且实现剥离后的蒙脱石纳米片层数均匀，分散作用显著，避免了纳米片之间的再次聚集。
22、4、本发明干法剥离方法及系统无需引入分散剂、助溶剂、插层剂等物料，即可获得显著且可控的剥离效果，简化流程，绿色环保，有利于实现大批量快速生产。
23、5、本发明干法可以剥离得到厚度在1.5～5nm，横向尺寸在100～300nm之间，以单层或少层为主，剥离效果显著的蒙脱石纳米片。
24、6、本发明的蒙脱石纳米片干法制备系统，一方面可以实现超临界高压反应釜中气体的循环使用，另一方面可以进行多个反应釜的联动，实现蒙脱石纳米片的高通量制备及蒙脱石纳米片尺寸的调控。
25、本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
1.一种基于超临界流体的蒙脱石纳米片干法制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)～(4)重复进行1次以上。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)～(4)重复进行过程中超临界高压反应釜中气体循环使用。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中加入的蒙脱石原矿质量与高压反应釜容积之间的关系为1～3g/l。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的釜内通入气体包括氮气、二氧化碳、氩气中的一种或几种。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，采用二氧化碳时，步骤(2)中所述的步骤(2)中所述的釜内温度设定值为40～60℃。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，采用二氧化碳时，步骤(2)中所述的釜内压力设定值为8～14mpa。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述的搅拌速度为1000～1800rpm。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述的反应时间为0.5～1h。
10.一种蒙脱石纳米片干法制备系统，用于权利要求1～9所述的干法制备方法，其特征在于，蒙脱石纳米片干法制备系统包括第一高压反应釜和第二高压反应釜，以及第一气体增压泵、第二气体增压泵；第一高压反应釜和第二高压反应釜分别设有第一泄压阀和第二泄压阀；
