一种二元类水滑石的清洁制备方法技术

本发明专利技术提供了一种二元类水滑石清洁制备方法，该方法以具有较高反应活性的不溶性二价金属氢氧化物M

【技术实现步骤摘要】
一种二元类水滑石的清洁制备方法
本专利技术涉及无机功能材料
具体涉及二元类水滑石的清洁制备领域。
技术介绍
类水滑石是一种层状超分子复合金属氢氧化物(LayeredDoubleHydroxides，简称LDHs)，它由金属阳离子、氢氧根离子构成的层板和阴离子、结晶水构成的层间组成，其化学组成可以用通式[M1-x2+Nx3+(OH)2](An-)x/n·mH2O表示。式中，M2+、N3+为层板金属阳离子，An-为层间阴离子，x为N3+/(M2++N3+)的摩尔比值，m为层间结晶水的数量。由于类水滑石的阴、阳离子的种类及二价和三价阳离子的摩尔比可在很大范围内调变，因此形成了一大类结构相似的超分子层状功能材料族群，广泛应用于化工、建材、环保等多个领域。类水滑石的制备方法主要有共沉淀法、成核—晶化隔离法、水热合成法、焙烧还原法等。目前，工业上应用最广泛的方法为共沉淀法，该方法以构成类水滑石层板的金属阳离子混合溶液在碱性条件下发生共沉淀，其中在金属离子混合溶液或碱溶液中含有合成类水滑石所需的阴离子基团，将沉淀物在一定条件下晶化即可制得产物。虽然该方法可以以较低的成本大批量制备类水滑石，但有一个重大缺陷，即每生产一吨类水滑石产品要副产约2吨利用价值不高的钠盐，这些钠盐通常存在于清洗水中，不仅处理成本很高，也会对环境造成污染。因此，科研工作者一直致力于寻求对环境友好的类水滑石清洁生产工艺技术。中国专利CN1994888A，“一种层状复合金属氢氧化物的清洁制备方法”公开了一种以金属氢氧化物、CO2或An-对应的酸为原料制备类水滑石的方法，该方法所有原料全部转化为目标产品，原子经济性为100％。该方法为气液固三相反应，反应条件较为复杂、不易控制，且只能用于碳酸根型类水滑石的制备。中国专利CN102701241A“一种层状复合金属氢氧化物的清洁制备方法”公开了一种以金属氢氧化物、碱式碳酸盐或碳酸盐为原料制备类水滑石的方法，所有原料均参与反应并生成目标产物，无任何副产品产生。该方法原料来源较为单一(只能使用碳酸盐或碱式碳酸盐)，且只能用于碳酸根型类水滑石的制备。针对现有的类水滑石生产工艺的不足，本专利技术提出了一种原料来源广泛、反应条件温和、产物类型丰富的二元类水滑石清洁制备方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种二元类水滑石清洁制备方法，该方法以水滑石层间阴离子和层板阳离子对应的可溶性盐为原料制备水滑石，原料来源更为广泛，反应条件相对简单、易于控制，适用于多种类型类水滑石的清洁生产。本专利技术以具有较高反应活性的不溶性二价金属氢氧化物M2+(OH)2和三价金属氢氧化物N3+(OH)3及其对应的多种可溶性盐Mn2+A2n-或Nn3+A3n-为原料直接合成阴离子类型的二元类水滑石，所有原料全部转化为产品，无任何副产品产生，最终产物无需清洗即可干燥，实现了类水滑石的清洁生产。本专利技术制备的类水滑石，其通式为[M1-x2+Nx3+(OH)2](An-)x/n·mH2O，式中，x为N3+/(M2++N3+)的摩尔比值，0.2≤x≤0.33；M2+代表二价金属阳离子，M2+为Mg2+、Zn2+、Ni2+、Co2+、Ca2+中的一种；N3+代表三价金属阳离子，N3+为Al3+、Fe3+、Cr3+、Ga3+中的一种；An-为可溶性M2+盐或N3+盐中的阴离子，An-为SO42-、NO3-、Cl-、Br-、I-、SO32-中的一种；n为An-的电荷数，1≤n≤3；m为结晶水的数量。本专利技术制备类水滑石的步骤如下：A.根据拟制备的类水滑石[M1-x2+Nx3+(OH)2](An-)x/n·mH2O的具体种类和反应使用的原料，按照下面两个反应方程式计算每种原料的投料比：(1-3x/2)M2+(OH)2+xN3+(OH)3+(x/2n)Mn2+A2n-+mH2O—→[M1-x2+Nx3+(OH)2](An-)x/n·mH2O①(1-x)M2+(OH)2+(2x/3)N3+(OH)3+(x/3n)Nn3+A3n-+mH2O—→[M1-x2+Nx3+(OH)2](An-)x/n·mH2O②当使用M2+(OH)2、N3+(OH)3、Mn2+A2n-为原料时，依据反应式①；当使用M2+(OH)2、N3+(OH)3、Nn3+A3n-为原料时，依据反应式②；其中M2+(OH)为不溶性二价金属氢氧化物，M2+为Mg2+、Zn2+、Ni2+、Co2+、Ca2+中的一种，较好的为Mg2+、Zn2+、Ni2+中的一种；N3+(OH)为不溶性三价金属氢氧化物，N3+为Al3+、Fe3+、Cr3+、Ga3+中的一种，较好的为Al3+、Fe3+中的一种；Mn2+A2n-、Nn3+A3n-为金属阳离子M2+、N3+对应的可溶性盐，An-为SO42-、NO3-、Cl-、Br-、I-、SO32-中的一种；n＝1-3；x为N3+/(M2++N3+)的摩尔比值，0.2≤x≤0.33，即M2+与N3+的摩尔比在2-4:1；B.按步骤A中计算的投料比将M2+(OH)2、N3+(OH)3在去离子水中混合，配成固含量为10-30％的悬浊液，采用湿法研磨工艺将悬浊液中固相颗粒的平均粒径研磨至D50＝0.5-8μm，D90＝4-25μm，得到混合浆料；C.按步骤A中计算的投料量，将Mn2+A2n-或Nn3+A3n-用去离子水配成质量浓度为15-25％的盐溶液，滤除不溶物；D.将上述步骤B的混合浆料与步骤C的盐溶液混合，加去离子水调节固含量为5-20％，得到反应浆液；使配制好的反应浆液中，N3+与An-的摩尔比为n:1；M2+、N3+两者的摩尔比为2:1至4:1；M2+、N3+、An-三者的摩尔比为2n:n:1至4n:n:1之间；所述的固含量为反应浆液中固相及可溶盐质量之和占浆液总质量的百分比；E.将上述反应液加入高压反应器，在120-250℃，压力为0.2-4MPa条件下，持续搅拌反应4-30小时，冷却，过滤，于90℃下干燥，即得到层间为An-，层板为M2+N3+的类水滑石[M1-x2+Nx3+(OH)2](An-)x/n·mH2O。采用丹东浩元公司的DX2700BH型X射线粉末衍射仪(XRD)对实例1制得样品的晶体结构进行分析表征，结果如图1所示。由图1可见，产物层状结构的(003)、(006)、(009)晶面衍射峰分别出现在2θ＝8.0°、16.2°、24.3°左右，三者呈现良好的倍数关系，具备水滑石X射线衍射谱图的典型特征；各衍射峰形状窄且尖，未见明显杂质峰，说明产物晶相单一，结晶良好，层状结构完整。采用德国Bruker公司的Vector22型傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)对对实例1制得样品进行分析，结果如图2所示。由图2可见，3443cm-1处的强红外吸收峰为层板氢氧根及层间水的伸缩振动峰，1109cm-1、620cm-1处的强红外吸收峰为硫酸根的红外吸收特征峰，谱图中未见明显杂质峰。采用德国蔡司公司的Sigma300型扫描电子显微镜(SEM)观测实例1制得样品的形貌，影像如图3所示，结果表明制得的类水滑石呈六边形片状，晶体结构完整，单片尺寸约为3μm。本专利技术的有益效果：本专利技术使用具有较高反应活性的不溶性金属氢氧化物(M2+(OH)2、N3+(OH)3)及其对应的多种可溶性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二元类水滑石的清洁制备方法，所制备的二元类水滑石通式为[M1‑x2+Nx3+(OH)2](An‑)x/n·mH2O，其中，x为N3+/(M2++N3+)的摩尔比值，0.2≤x≤0.33；M2+代表二价金属阳离子，M2+为Mg2+、Zn2+、Ni2+、Co2+、Ca2+中的一种；N3+代表三价金属阳离子，N3+为Al3+、Fe3+、Cr3+、Ga3+中的一种；An‑为可溶性M2+盐或N3+盐中的阴离子，An‑为SO42‑、NO3‑、Cl‑、Br‑、I‑、SO32‑中的一种；n为An‑的电荷数，1≤n≤3；m为结晶水的数量；其特征是采用如下方法制备：A.根据拟制备的类水滑石[M1‑x2+Nx3+(OH)2](An‑)x/n·mH2O的具体种类和反应使用的原料，按照下面两个反应方程式计算每种原料的投料比：(1‑3x/2)M2+(OH)2+xN3+(OH)3+(x/2n)Mn2+A2n‑+mH2O—→[M1‑x2+Nx3+(OH)2](An‑)x/n·mH2O  ①(1‑x)M2+(OH)2+(2x/3)N3+(OH)3+(x/3n)Nn3+A3n‑+mH2O—→[M1‑x2+Nx3+(OH)2](An‑)x/n·mH2O  ②当使用M2+(OH)2、N3+(OH)3、Mn2+A2n‑为原料时，依据反应式①；当使用M2+(OH)2、N3+(OH)3、Nn3+A3n‑为原料时，依据反应式②；其中M2+(OH)为不溶性二价金属氢氧化物，M2+为Mg2+、Zn2+、Ni2+、Co2+、Ca2+中的一种，较好的为Mg2+、Zn2+、Ni2+中的一种；N3+(OH)为不溶性三价金属氢氧化物，N3+为Al3+、Fe3+、Cr3+、Ga3+中的一种，较好的为Al3+、Fe3+中的一种；Mn2+A2n‑、Nn3+A3n‑为可溶性盐，An‑为SO42‑、NO3‑、Cl‑、Br‑、I‑、SO32‑中的一种；n＝1‑3；x为N3+/(M2++N3+)的摩尔比值，0.2≤x≤0.33，即M2+与N3+的摩尔比在2‑4:1；B.按步骤A中计算的投料比将M2+(OH)2、N3+(OH)3在去离子水中混合，配成固含量为10‑30％的悬浊液，采用湿法研磨工艺将悬浊液中固相颗粒的平均粒径研磨至D50＝0.5‑8μm，D90＝4‑25μm，得到混合浆料；C.按步骤A中计算的投料量，将Mn2+A2n‑或Nn3+A3n‑用去离子水配成质量浓度为15‑25％的盐溶液，滤除不溶物；D.将上述步骤B的混合浆料与步骤C的盐溶液混合，加去离子水调节固含量为5‑20％，得到反应浆液；使配制好的反应浆液中，N3+与An‑的摩尔比为n:1；M2+、N3+两者的摩尔比为2:1至4:1；M2+、N3+、An‑三者的摩尔比为2n:n:1至4n:n:1之间；所述的固含量为反应浆液中固相及可溶盐质量之和占浆液总质量的百分比；E.将上述反应液加入高压反应器，在120‑250℃，压力为0.2‑4MPa条件下，持续搅拌反应4‑30小时，冷却，过滤，于90℃下干燥，即得到层间为An‑，层板为M2+N3+的类水滑石[M1‑x2+Nx3+(OH)2](An‑)x/n·mH2O。...

【技术特征摘要】
1.一种二元类水滑石的清洁制备方法，所制备的二元类水滑石通式为[M1-x2+Nx3+(OH)2](An-)x/n·mH2O，其中，x为N3+/(M2++N3+)的摩尔比值，0.2≤x≤0.33；M2+代表二价金属阳离子，M2+为Mg2+、Zn2+、Ni2+、Co2+、Ca2+中的一种；N3+代表三价金属阳离子，N3+为Al3+、Fe3+、Cr3+、Ga3+中的一种；An-为可溶性M2+盐或N3+盐中的阴离子，An-为SO42-、NO3-、Cl-、Br-、I-、SO32-中的一种；n为An-的电荷数，1≤n≤3；m为结晶水的数量；其特征是采用如下方法制备：A.根据拟制备的类水滑石[M1-x2+Nx3+(OH)2](An-)x/n·mH2O的具体种类和反应使用的原料，按照下面两个反应方程式计算每种原料的投料比：(1-3x/2)M2+(OH)2+xN3+(OH)3+(x/2n)Mn2+A2n-+mH2O—→[M1-x2+Nx3+(OH)2](An-)x/n·mH2O①(1-x)M2+(OH)2+(2x/3)N3+(OH)3+(x/3n)Nn3+A3n-+mH2O—→[M1-x2+Nx3+(OH)2](An-)x/n·mH2O②当使用M2+(OH)2、N3+(OH)3、Mn2+A2n-为原料时，依据反应式①；当使用M2+(OH)2、N3+(OH)3、Nn3+A3n-为原料时，依据反应式②；其中M2+(OH)为不溶性二价金属氢氧化物，M2+为Mg2+、Zn2+、Ni2+、Co2+、Ca2+中的一种，较好的为M...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜松，雷晓东，于日壮，王祖进，
申请(专利权)人：山东万新威纳材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37