本发明专利技术公开了属于无机功能材料制备技术领域的一种控制表面缺陷及表面电位的层状复合金属氢氧化物制备方法。本发明专利技术是在层状复合金属氢氧化物晶化反应结束后，采用不同的降温方法对晶体的表面缺陷及表面电性同时进行控制，操作简单易于实现。降温速率越快得到的层状复合金属氢氧化物晶体表面缺陷越多，电荷在晶体表面分布越不均匀，Zeta(ζ)电位越低，进而对产品的催化、紫外阻隔、阻燃作用产生影响。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无机功能材料制备
，特别涉及。
技术介绍
层状复合金属氢氧化物(Layered Double Hydroxides，简称LDHs)，又叫水滑石， 是一种典型的阴离子型层状材料，其化学组成式为tf+hiTjOmjA^/n · HIH2O，其中M2+、M3+ 分别代表二价和三价金属阳离子，Α11—是层间阴离子，χ为M3+离子的摩尔分数，m为结晶水的数量。LDHs主体层板的元素种类及组成比例、层间客体的种类及数量可以根据需要在较宽范围内调变，从而获得一系列具有特殊结构和性能的材料。LDHs组成和结构的可调变性以及由此所导致的多功能性，使其成为一类极具研究潜力和应用前景的新型材料，作为无卤高抑烟阻燃剂、无毒热稳定剂、选择性红外吸收材料以及紫外阻隔材料等功能助剂广泛应用于阻燃、树脂加工、农膜等领域。层状复合金属氢氧化物的表面缺陷及表面电位对其性能有重要的影响，如催化性能、紫外阻隔性能、阻燃性能、粒子团聚性能等。一般对晶体表面缺陷的控制是通过控制晶化时的温度梯度和浓度梯度来实现的，专利技术专利200610108599. 6提供了一种在高压高温下消除非金刚石晶体中缺陷或应变的方法，从提供含缺陷晶体和压力介质开始，将晶体和压力介质放置在高压小容器中，再置于高压设备中，在足够高压高温的反应条件下处理到足以消除其单晶体中一种或多种缺陷或解除应变的时间。而对表面电性，一般认为组成相同的物质其表面电位相同，尚无方法对具有相同组成的晶体的表面电位进行控制。在研究相同组成物质的表面电位时仅通过外加电解质等方法来控制表面电位，文献(金志琳.Mg-Al-NO3层状双金属氢氧化物电性质研究.化学学报.2003,61 (8) :1208-1212.)采用电泳法和电势滴定法测定出不同电解质(LiCl，NaCl和 KCl)溶液中Mg-Al-NO3层状双金属氢氧化物颗粒的ζ电位、等电点、永久电荷密度以及零电荷点等电化学物理量，探讨了电解质、PH值和样品化学组成对Mg-Al-NO3LDH电性质的影响。研究发现一价阳离子Li+、Na+、K+对Mg-Al-NO3LDH颗粒的等电点有影响，使等电点依次降低；由于永久电荷的存在，等电点与零电荷点不一致。随着样品中Al含量的增加，永久电荷密度依次增加，零电荷点依次增大，而等电点依次降低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种控制表面缺陷及表面电位的层状复合金属氢氧化物的制备方法。本专利技术的具体操作步骤如下A.将可溶二价金属镁盐和可溶三价金属铝盐按摩尔比为Mg2+/Al3+ = 2 4溶于去离子水中配成混合盐溶液，其中[Mg2+] =0.8 1.6mol/L，镁盐和铝盐的阴离子为硫酸根；按 η (NaOH) / [η (Mg2+) +η (Al3+) ] = 1· 6 2· 5 和[NaCO3] = 2 [Al3+]的摩尔比例，将 NaOH 和Na2CO3溶于去离子水中配成相同体积的混合碱溶液；将上述两溶液用计量泵以相同体积流量同时注入旋转液膜反应器中快速成核，将得到的浆液于三口烧瓶中100°C回流晶化 0. 5 6. 0小时，得到层状复合金属氢氧化物浆液；B.对晶化后的浆液采用快速降温或慢速降温的方式进行冷却，待温度降到室温时进行离心洗涤至中性后得到层状复合金属氢氧化物滤饼；50 180°C下干燥1 10小时， 得到层状复合金属氢氧化物粉体。所述的层状复合金属氢氧化物的化学通式是[Mg2+^xAl3+, (OH) 2]x+ (CO3nO x/2 · mH20，其中χ为Al3+/(Mg2++Al3+)的摩尔比，取值范围是0.2彡χ彡0.33，m为结晶水的数量，其取值范围是2。所述的快速降温即0. 1 Ih从IOO0C降到200C。所述的快速降温采用低温恒温反应浴、冰水浴、不同种类的冰盐浴、液氮冷却；反应浴采用去离子水和乙二醇体积之比为1 3的混合溶液，反应浴的温度在0 -40°c之间设定，设定温度越低则降温速率越快，当温度设定为-30°C时，将装有浆液的烧瓶置于反应浴中，0. 3h从IOO0C降到200C。所述的慢速降温即6 24h从100°C降到20°C。所述的慢速降温采用程序控温的方式降温即用普通烘箱、带程序控温的烘箱或恒温水浴进行逐步冷却。慢速降温得到的层状复合金属氢氧化物的晶格条纹长程有序距离为13 27nm， Zeta电位为18 24mv ；快速降温得到层状复合金属氢氧化物的晶格条纹长程有序距离为 2 18nm，Zeta 电位为 13 18mv。本专利技术的有益效果是采用不同的降温方法对层状复合金属氢氧化物的晶体表面缺陷及表面电性同时进行控制，操作简单易于实现。降温速率越快得到的层状复合金属氢氧化物晶体表面缺陷越多，电荷在晶体表面分布越不均勻，Zeta( ζ )电位越低，进而对产品的催化、紫外阻隔、阻燃作用产生影响。附图说明图1是实施例1中采用两种不同降温方式得到的层状复合金属氢氧化物的XRD谱图；(a)为快速降温的产物，(b)为慢速降温的产物。图2是实施例1中采用两种不同降温方式得到的层状复合金属氢氧化物的高分辨透射电镜照片；a为快速降温的产物，b为慢速降温的产物。具体实施例方式层状复合金属氢氧化物表面缺陷及表面电位控制方法的原理是无机粒子表面一般均带有不同密度的电荷，具有表面电位，在溶液中其表面会吸附相反符号的电荷构成双电层，其中由于强烈吸引而牢固结合在表面形成的反离子紧密吸附层称为斯特恩(stern) 层。这些相反符号的电荷由近到远浓度逐渐降低，在双电层滑动面处产生的电压叫作 Ζθ Β(ζ)电位，其数值可以通过电泳或电渗速度的测定计算出来。MgAl-CO3-LDHs结构类似于Mg(OH)2,是由MgO6八面体共用棱形成单元层，位于层上的Mg2+可在一定的范围内被半径相似的Al3+同晶取代，使得Mg、Al、0H离子层带正电荷， 这些正电荷被位于层间的CO:中和。LDHs的理论层板结构是二价和三价离子在层板上均勻排布，三价离子尽量相互远离，使层板电荷均勻分布，此时能量最低。当对LDHs晶体进行慢速降温时，Mg2+和Al3+在层板上有充足的时间进行重新排列，能在层板上达到均勻分布，接近理想晶体结构，Mg2+、Al3+不存在聚集现象，层板电荷均勻分布，此时晶粒表面吸附的反离子(如Off、CO/—等)在表面形成浓度和厚度均勻分布的 Mern层，Stern层与本体溶液的滑动面处产生的kta( ζ )电位在颗粒表面也各处相同。 当对LDHs晶体进行快速降温时，层板上Mg2+和Al3+保持成核时的分布状态，没有充分的时间进行重新排列，不能达到均勻分布，偏离理想晶体结构，使Mg2+、Al3+产生聚集，在表面形成点缺陷；层板电荷密度局部增大，使此区域对溶液内的反离子吸附能力增强，进而使表面吸附的反离子呈现多层排列，导致stern层增厚，滑动面外移，从而使表面电位迅速下降。实施例1 将43. 34g MgSO4 和 59. 98g Al2 (SO4) 3 · 18H20 溶于去离子水中配成 300ml 混合盐溶液，将34. 56g NaOH和38. 16g Na2CO3溶于去离子水中配成300ml碱溶液，将两种溶液用计量泵以相同体积流量同时注入旋转液膜反应器中快速成核，将得到的浆液按相同本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种控制表面缺陷及表面电位的层状复合金属氢氧化物制备方法，其特征在于，其具体操作步骤如下：Ａ．将可溶二价金属镁盐和可溶三价金属铝盐按摩尔比为Ｍｇ２＋／Ａｌ３＋＝２～４溶于去离子水中配成混合盐溶液，其中［Ｍｇ２＋］＝０．８～１．６ｍｏｌ／Ｌ，镁盐和铝盐的阴离子为硫酸根；按ｎ（ＮａＯＨ）／［ｎ（Ｍｇ２＋）＋ｎ（Ａｌ３＋）］＝１．６～２．５和［ＮａＣＯ３］＝２［Ａｌ３＋］的摩尔比例，将ＮａＯＨ和Ｎａ２ＣＯ３溶于去离子水中配成相同体积的混合碱溶液；将上述两溶液用计量泵以相同体积流量同时注入旋转液膜反应器中快速成核，将得到的浆液于三口烧瓶中１００℃回流晶化０．５～６．０小时，得到层状复合金属氢氧化物浆液；Ｂ．对晶化后的浆液采用快速降温或慢速降温的方式进行冷却，待温度降到室温时进行离心洗涤至中性后得到层状复合金属氢氧化物滤饼；５０～１８０℃下干燥１～１０小时，得到层状复合金属氢氧化物粉体。
【技术特征摘要】
1.一种控制表面缺陷及表面电位的层状复合金属氢氧化物制备方法，其特征在于，其具体操作步骤如下A.将可溶二价金属镁盐和可溶三价金属铝盐按摩尔比为Mg2+/Al3+= 2 4溶于去离子水中配成混合盐溶液，其中[Mg2+] = 0. 8 1. 6mol/L，镁盐和铝盐的阴离子为硫酸根；按 η (NaOH) / [η (Mg2+) +η (Al3+) ] = 1· 6 2· 5 禾口 [NaCO3] = 2 [Al3+]的摩尔比例，将 NaOH和 Na2CO3 溶于去离子水中配成相同体积的混合碱溶液；将上述两溶液用计量泵以相同体积流量同时注入旋转液膜反应器中快速成核，将得到的浆液于三口烧瓶中100°C回流晶化0. 5 6. 0小时，得到层状复合金属氢氧化物浆液；B.对晶化后的浆液采用快速降温或慢速降温的方式进行冷却，待温度降到室温时进行离心洗涤至中性后得到层状复合金属氢氧化物滤饼；50 180°C下干燥1 10小时，得到层状复合金属氢氧化物粉体。2.根据权利要求1所述的一种控制表面缺陷及表面电位的层状复合金属氢氧化物制备方法，其特征在于，所述的层状复合金属氢氧化物的化学通式是[Mg2YxAPx(OH)2]x+(C03n_)x/2 · mH20，其中χ为Al3+/(Mg2++Al3+)的摩尔比，取值范围是0. 2 ^ χ ^ 0. 33，m为结晶水的数量， 其取值范围是0彡m<...
【专利技术属性】
技术研发人员：林彦军，钟凯，王桂荣，段雪，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：11
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