硅铝酸盐衍生物制造技术

从２∶１层状粘土矿形成的硅铝酸盐衍生物形式的新材料，其是通过２∶１层状粘土矿物与分子式ＭＸ的盐类反应进行化学改性后得到的，这里Ｍ是铵离子或碱金属离子，Ｘ是卤素。新材料有下列特点：（ａ）Ｘ射线ＣｕＫα辐射２θ角２２°至３２°之间有无定型物质的宽Ｘ射线信号峰显示；并且（ｂ）主要是以四面体配位的铝存在。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
硅铝酸盐衍生物专利
本专利技术涉及下文所述的从2∶1粘土矿物形成的硅铝酸盐衍生物形式的新材料以及由2∶1粘土矿物通过化学改性获得这些新材料的方法。这些层状矿物衍生物的特点是通过对母体矿物中的八面体Al+3的化学改性而使四面体配位的Al+3占主导地位。这种原子尺度的改进获得了比通常原始粘土结构更高数量的可交换位点。专利技术背景由2∶1粘土矿化学改性所得新材料有两个特点：与起始材料相比，一是提高了在溶液中的离子交换容量(例如离子交换容量)，和/或增加了可用的表面积。这两个特点对于这类衍生物在很多涉及离子交换(例如从水和非水溶液中去除毒性金属离子，从水和非水溶液中去除NH4离子；作为脱臭剂和软水剂)吸附(例如环境除气、溶液中吸附离子)，特定离子释放入环境的控制剂以及作为烃和其它化学物质进行催化反应改性的基质等许多领域的应用都是非常有价值的。粘土矿物是被称作页硅酸盐或“层状”硅酸盐的矿物大家族的成员，这些粘土矿物具有二维的四面体和八面体排布的典型特征，每个具有特定的元素组份和确定其矿物群的结晶学关系。如此，四面体可以有T2O5组成(这里T，四面体离子，是Si、Al和/或Fe)，并且八面体片通常包含的离子有例如Mg、Al和Fe，但也可以包含有其它元素如Li、Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu和Zn(布林德利和布朗，粘土矿物的晶体结构和它们的X射线鉴定，G.W.布林德利和G.布朗编、矿物协会、伦敦1980)。这些粘土矿物群每个都能进一步分类成三八面体和二八面体种类，主要取决于八面体在各自的片排布中占据情况。有些特殊的矿物种类显示出离子所占据的情况介乎于两种品种之间，尽管如此，这些四面体和八面体片的相应排布也定义了基本的矿物群。在那种以一个四面体片同一个八面体片相连的集合体称作1∶1型矿物，二个四面体片同一个八面体片相关联的集合体称作2∶1型矿物。基于特定次级结构单元结晶学关系的矿物种类的基本分类，粘土矿物学领域的熟练技术人员所公知的，-->并是描述本专利技术的基础。无定形衍生物，其被称为“高岭土无定形衍生物”(KAD)，在较早的公开物(WO 95/00441)中已有描述。我们惊讶地发现这种无定形衍生物也能从2∶1粘土包括蒙脱土和其它蒙皂石类制备。从这些2∶1粘土制备的无定形衍生物在结构和化学性质上与由1∶1高岭土类矿物制备的无定形衍生物有着惊人的差异，高岭土类粘土的一个单元层由一个八面体片和一个四面体片构成，以致于两片都暴露在可供反应物类接近的区域的层间空间。然而2∶1粘土矿包含有一个八面体片和二个四面体片，包含有八面体Al离子配位的八面体片被包夹在四面体片之间。由于层间空间被四面体片包围难以用金属卤化物来转化八面体片。相应地可指出的是金属卤化物不容易接近在2∶1粘土矿物中的八面体片。由于这些原因可以设想2∶1粘土矿物与样品的反应将会得到与WO 95/00441中所描述的所不同的反应产物。专利技术简述本专利技术的目的是提供一个具有如上所述的两个特征的改性的2∶1粘土矿物并且有如上讨论的两个特征。一方面，本专利技术通过用金属卤化物与2∶1粘土矿物或混合的粘土矿物反应的方法提供一种具有如上所述的两个特征的改性2∶1粘土矿物。可通过本专利技术方法改性的2∶1粘土矿物的例子包括蒙脱土、伊利石、坡缕石和皂石。本专利技术的2∶1层粘土矿物衍生物由四面体Al+3占主导地位来表征，为了方便的缘故，在以下以术语“硅铝酸盐衍生物”或“ASDS”称之。在蒙脱土的例子里，母体(如粘土)里的八面体Al已被转换成四面体配位。进一步阐明这种ASD(硅铝酸盐衍生物)，以及之后设计得到的M-ASD，这里M是通过特定方法获得的交换离子，可以很方便地通过常规的矿物表征技术证明下列性质：(1)“无定形”特征(对X射线衍射而言)，例如无任何重复单元的长程有序；(2)提高溶液中的交换离子容量(与原始的起始材料相比较)；(3)材料可用表面积的增加(与原始的起始材料相比较)，方便地用常用-->的BET等温线测量；(4)与原始的起始材料相比对于溶液中阴离子或复合聚阴离子的吸附能力的提高；和/或(5)与原始的起始材料相比较对于油和/或有机分子吸附能力的提高。与性质(2)相关的例证是通过水溶液中交换氨和金属离子测得本专利技术的ASDS(硅铝酸盐衍生物)的离子交换容量为20-900毫克当量/100g，优选的由铵离子交换测得的离子交换容量大约在300-450毫克当量/100g。与性质(3)相关的例证是由BET等温线测得的本专利技术的ASDS(硅铝酸盐衍生物)的表面积小于400m2/g，高于起始材料2∶1粘土矿物，优选的是BET表面积介于25m2/g和200m2/g之间。性质(4)和(5)在与本申请有相同的国际申请日的国际申请PCT/AU95/00……中已经说明。本专利技术ASD的一种形式具有以下的化学组成：MpAlqSi2Or(OH)sXt·uH2O这里M是可交换的碱金属离子，X是卤素，0.5≤p≤2.0，1.0≤q≤2.2，4.5≤r≤8.0，1.0≤s≤3.0，0.0≤t≤1.0，0.0≤u≤3.0。在一种特殊形式中，ASD可以含有K元素，即M-K。以上的ASD中，碱金属离子可以(至少部分地)被任何水溶液中稳定存在的离子交换。这些交换离子包括其它碱金属离子，碱土金属离子、过渡金属离子、镧系和锕系离子、重金属离子和铵。并非对所有离子都可交换完全，有很多过渡金属离子(例如Mn2+、Cr3+、Co2+、Ni2+、Cu2+、Zn2+、Ag+)镧系离子(例如La2+、Nd3+)、重金属离子(例如Pb2+、Cd2+、Hg2+)和锕系离子UO22+可以交换完全。有些离子交换在室温下3小时后可交换完全，(如Pb2+、Cu2+)，而其他一些离子则需要更长时间并温度可高至110℃(如Zn2+)。-->优选的离子是NH4+、Na+、K+、Li+、Rb+或Cs+被Pb2+、Cu2+、Cd2+、Ni2+、Co2+、Cr3+、Sr2+、Zn2+、Nd3+或UO22+。这样的离子交换基本上保持了ASD的XRD无定形特征，然而交换后的材料的比表面积(尽管仍然高于起始的2∶1矿物)的增加或减少取决于交换离子。例如，从水溶液交换Cu2+的情况下形成的新材料，被称为Cu-ASD，BET等温线测量显示高的表面积。所不同的，在通式中，介乎于直接从2∶1粘土矿转换形成的ASD材料(如同下面的例1和例2)和直接衍生得到的ASD的离子交换而形成的那些ASD材料之间，本文中使用下面的专门术语：·MSD代表从例1和例2中所描述的一般方法所形成的材料。·Mc-ASD代表用M-ASD材料进行离子交换后形成的材料。描述这种材料和获得这种材料的方法在例3和例4中给出。很显然，以两种离子占据交换位或多种离子通过一系列部分反应交换上去构成部分ASDS是这种新材料完全可能的形式。确定ASD材料的最主要的结晶学方法之一是粉末X射线衍射(XRD)，在粉末XRD情况下，与原来起始矿物相关的尖锐的衍射峰消失表明M-ASD作为主要成份的形成(例如Ca-蒙脱土)并且相应地用CuKα辐射时，在2θ角22°和32°之间的衍射强度上宽“驼峰”的增加(例如，见图1b、2b)。一个XRD典型衍射图的例子是对于起始蒙脱土(STx-1)和由例2的方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种２∶１粘土矿物衍生物包括：（ａ）用ＣｕＫα辐射的Ｘ射线粉末衍射在２θ角在２０°和３２°之间有一个无定形Ｘ射线衍射信号的宽驼峰显示；并且（ｂ）主要以四面体配位铝存在。

【技术特征摘要】
AU 1994-12-16 PN01211、一种2∶1粘土矿物衍生物包括：(a)用CuKα辐射的X射线粉末衍射在2θ角在20°和32°之间有一个无定形X射线衍射信号的宽驼峰显示；并且(b)主要以四面体配位铝存在。2、根据权利要求1所述的2∶1粘土矿物衍生物，其一般化学式为MpAlgSi2Or(OH)sXt·uH2O，其中M是可交换的碱金属离子并且X是卤素，0.2≤p≤2.0，0.5≤q≤2.5，4.0≤r≤12，0.5≤s≤4.0，0.0≤t≤1.0和0.0≤u≤6.0。  3.根据权利要求1所述的2∶1粘土矿物衍生物，其通过铵离子或金属离子从水溶液中的离子交换测得的离子交换容量为20-900毫克当量/100g。4、根据权利要求3所述的2∶1粘土矿物衍生物，其通过铵离子交换测得的离子交换容量为300毫克当量/100g。5、根据权利要求1所述的2∶1粘土矿物衍生物，其通过BET等温线测得的表面积为小于400m2/g。6、根据权利要求5所述的2∶1粘土矿物衍生物，其BET表面积在25-200m2/g之间。7、根据权利要求2所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：巴比尔辛格，伊恩唐纳德理查德麦金农，大卫佩奇，
申请(专利权)人：昆士兰大学，
类型：发明
国别省市：AU[澳大利亚]