制备纳米结晶水滑石化合物的方法技术

本发明专利技术涉及制备纳米结晶水滑石化合物的方法，包括步骤：将一个或者多个起始化合物通过载体流引入反应室，在温度２５０至４００℃使起始化合物在处理区域经受脉冲热处理，形成纳米结晶金属氧化物颗粒，从反应器中取出获得的纳米结晶水滑石颗粒，其中起始化合物以溶液，浆液，悬浮液或者固体聚集态的形式引入反应室，并根据本发明专利技术方法得到的纳米结晶水滑石材料，及其作为吸附剂和催化剂材料的用途。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种制备纳米结晶水滑石化合物的方法和根据本专利技术方法得到的纳米结晶水滑石化合物及其用途。水滑石是一类被术语“层状矿物”覆盖的无机材料。水滑石化合物通常以MII1-xMIIIx(OH)2An-x/nyH2O的通式出现，其中M是二价或者三价的金属阳离子，An-是n价的阴离子。这种既可以天然存在又可以合成制备的水滑石矿物，具有化学式Mg6Al2(CO3)OH16·4H2O.。它具有通过逐渐释放氢氧化铝而结合酸的能力并因此广泛应用于工业和作为药物产品。国际非专有名词(INN)也叫做菱水碳铝镁石。水滑石几乎不溶于水，它存储时必须要避光保存和密封。此外水滑石，尤其是合成制备的水滑石，被用来作为PVC和聚烯烃的共稳剂。然而，术语水滑石，也用来描述菱水碳铝镁石的矿物组，其是天然和合成的碱性复盐水滑石的衍生体。用于该矿物组的英文术语是“层状复盐(LDH)”。不像硅酸粘土矿，水滑石化合物不含任何硅酸，SiO2。水滑石化合物包括天然存在的碳酸镁铁矿和水硅铁石以及水镁铝石和碳酸镁铬矿，其彼此之间仅仅由于八面体层的堆叠顺序而不同和具有六方晶系或斜六方晶系的晶格。天然的水滑石族系的代表唯一地显示出CO32-阴离子和OH基团作为查层阴离子(R.Allmann“Neues Jahrbuch für Minaralogie Monatshefte”，1968，140-144)。还存在掺杂M+++位置的水滑石，例如镍/铝/铬或镍/铝/铁水滑石<br>(F.Kooli，Journal of Solid State Chemistry，118，1995，285-291)。合成水滑石具有上述天然水滑石相同的化学式或者经合成方法来结合水滑石完成可能的掺杂，例如钙/铝硫酸盐水滑石，带有硫酸根阴离子的镁/锌/水滑石(F.Kooli etal，Journal of Materials Science 28，1993，2769—2773)。此外，除了它们作为抗酸剂的用途之外(cf.N.Bejoy，Resonance2001，pp57-61)，水滑石还被用来作为催化剂或者用于结合有机溶剂或者结合含废物的重金属。水滑石化合物通常在温度300—500℃分解，形成相应的二价或三价金属的混合氧化物。-->水滑石的制备已被充分认知，至于水滑石本身，其可用热液地制备，也可通过湿化学方法将碳酸镁与铝酸钠沉淀合成并随后煅烧来制备。如此获得的水滑石通常具有30—40m2/g的BET表面积。当作为催化剂时，在制备方法中的催化剂起始材料的煅烧本质上影响了最终催化剂的性能。当用其作为那些吸附剂时，发生相同的情况，因为这些吸附剂都具有特别高BET表面积，使用其是有益的。析出物的成分可以影响结晶过程的目标控制，其中，这里一个重要的因素是微晶尺寸(R.，etal.，“Angewandte Chemie”，116，1628-1637(2004))。最近，尽管经常有未解决的制备问题，所谓的纳米结晶粉末越来越多地被研究。纳米结晶氧化物粉末迄今为止通常采用化学合成、机械加工或者所谓的热物理方法来制备。就钙钛矿而论，例如，采用常规方法获得的BET表面积为2—10m2/g和已经在上面提及的水滑石的情况，具有30—40m2/g的BET表面积。代表性地，在化学湿合成时，开始自所谓前驱体化合物通过化学反应得到粉末，其仅在煅烧后代表性地得到最终结构。缺点是，除了小的BET表面积之外，得到的颗粒经常还会出现不规则的尺寸分布，其特别是在采用机械制备方法中出现。热物理方法中，例如在WO 2004/005184中所描述的，是建立在向固体、液体或者气体起始成分中引入热能的基础上。在先提到的国际专利申请特别涉及所谓的等离子体-热解喷雾方法(PSP)，其中起始材料被雾化并在氢氧焰中分解。代表性的工业应用于制备二氧化硅，其中挥发性的硅化合物在氢氧焰中粉化。人们还试图过采用所谓的等离子体合成方法来制备纳米结晶颗粒，其中起始材料在等离子体中加热到6,000K而被蒸发。更进一步的常用方法是，例如CVD方法，其气相析出物发生反应，在其中形成代表性的非氧化粉末。不可能采用迄今为止已知的方法来使纳米结晶颗粒的BET表面积增大，特别是由于随后必须的煅烧。陶瓷的方法会导致材料的烧结和由此更进一步的活性表面的缩小。而为了提高其作为吸附剂又作为可能的催化剂的功能的材料活性，就不得不需要多孔性，也就是说，扩大了材料的单独颗粒的表面积。迄今为止，对水滑石化合物采用的制备方法，仅做出了低于40m2/g的水滑-->石颗粒的BET表面积的值。此外，前述的热方法总是存在着水滑石分解的危险，甚至是合成温度低于400℃，特别是由于长的反应时间所导致。因此，本专利技术的目的在于提供一种方法，其避免了现有技术的上述缺点，特别是使获得具有超过40m2/g的水滑石颗粒的BET表面积的水滑石化合物成为可能。该方法还能够甚至在低温下实现，以避免水滑石分解成相应水滑石成分的二价或者三价金属成分的混合氧化物。为了实现本专利技术的目的，制备纳米结晶水滑石化合物的方法，包括下述步骤：a)通过载体流将一个或多个起始化合物引入反应室，b)起始化合物主体在反应区域采用亥姆霍兹(Helmholtz)共振器在温度250—400℃时，经脉冲热处理，c)形成纳米结晶水滑石颗粒，d)从反应室中取出在步骤b)和c)中获得的纳米结晶水滑石颗粒，其中，起始化合物以溶液、浆液、悬浮液的形式或者以固体聚集态的形式引入反应室。该方法使得精确控制结晶过程成为可能，尤其是在微晶尺寸和所得的水滑石的孔径分布的设置上精确控制。这也可以通过在火焰中的停留时间或者反应室温度来额外有利地受到影响。反应温度在250—400℃的停留时间的优选值介于20min到1h之间。让人意外的是，由此形成的纳米结晶颗粒由于采用脉冲热处理而阻止了其团聚，其结果是形成了分散的纳米结晶水滑石颗粒。由于在反应室中极其短暂的停留时间，也可以设定300—400℃的温度而不会发生热致分解反应。无焰燃烧反应器在现有技术中已被熟知。因此DD 245674和DD 245649都公开了一种制备硅酸材料或者单相氧化物的方法，其中，氧化硅溶胶或者金属化合物在振荡火焰反应器中在脉动燃烧中雾化和热处理。该方法产生高度分散的氧化硅凝胶或者具有目标颗粒尺寸、表面尺寸和表面结构的氧化物。所述脉冲反应器的工作原理，如在WO-A-02/072471中描述的，与声学谐振腔相同，其包括一本文档来自技高网...

【技术保护点】
纳米结晶水滑石化合物的制备方法，包括步骤：　ａ）通过载体流将一个或多个起始化合物引入反应室，　ｂ）起始化合物主体在反应区域采用亥姆霍兹（Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ）共振器在温度２５０－４００℃时，经脉冲热处理，　ｃ）形成纳米结晶金 属氧化物颗粒，　ｄ）从反应室中取出在步骤ｂ）和ｃ）中获得的纳米结晶水滑石颗粒，　其特征在于，起始化合物以溶液，浆液，悬浮液或固体聚集态的形式引入反应室。

【技术特征摘要】
DE 2007-12-13 102007059990.21、纳米结晶水滑石化合物的制备方法，包括步骤：
a)通过载体流将一个或多个起始化合物引入反应室，
b)起始化合物主体在反应区域采用亥姆霍兹(Helmholtz)共振器在温度
250—400℃时，经脉冲热处理，
c)形成纳米结晶金属氧化物颗粒，
d)从反应室中取出在步骤b)和c)中获得的纳米结晶水滑石颗粒，
其特征在于，起始化合物以溶液，浆液，悬浮液或固体聚集态的形式引入
反应室。
2、根据权利要求1的方法，其特征在于，在载体流是气体。
3、根据权利要求1或2的方法，其特征在于，起始化合物以雾化形式引入
反应室。
4、根据权利要求3的方法，其特征在于，采用了彼此不同的几个起始化合
物。
5、根据以上权利要求中任一项的方法，其特征在于，脉冲热处理的脉冲有
规则地或无规则地发生。
6、根据以上权利要求中任一项的方法，其特征在于，在处理区域的热处理
之后，由此形成的纳米结晶水滑石颗粒被传送到反应室的更冷区域。
7、根据权利要求6的...

【专利技术属性】
技术研发人员：汉斯约尔格韦尔克，斯特凡米勒，
申请(专利权)人：南方化学股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]