一种制备碳酸根型水滑石的水热合成方法，其特征在于合成体系中，通过控制乙二醇共溶剂的添加比例，从而获取不同水合程度，以及结晶形态、热性质的碳酸根型水滑石。当乙二醇共溶剂的添加比例在5—20%时，可获得水合程度适中、高度结晶、晶粒外形呈现为规整的六角层板、CO2在更高温度释放的水滑石。而当添加50—90%的乙二醇作为共溶剂时，导致结合水与水滑石基本层上[M(OH)6]八面体基团的结合过强，过高的水合程度，将导致所得水滑石的结晶性降低，晶粒细小；同时，层间结合水，以及平衡阴离子的分解释放温度分别提高和降低。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术，属于一种利用水热反应制备碳酸根型水滑石的制备方法。具体而言，是指在水热合成制备水滑石的过程中，通过调整乙二醇共溶剂与溶剂水的混溶比例，控制所得碳酸根型水滑石产物的水合程度，及其结晶形态、耐热特性。
技术介绍
水滑石是由带正电荷的基本层板，以及层间平衡阴离子和结晶水共同堆积而成的晶体材料。位于基本层板上的二价金属阳离子M2+可在一定比例范围内被离子半价相近的三价金属阳离子M3+同晶取代，使得层板带正电荷。为实现电荷平衡，层间存在可以交换的的碳酸根(C032_)、硝酸根(N03_)、水杨酸根(C6H5COCT)等阴离子。通常情况下，在水滑石层板之间还存在着一些客体水分子。因此，其化学组成具有如下通式[M2YxM3+JOH)2Γ+(Αη_) x/n mH20，其中M2+和M3+分别为位于主体层板上的二价和三价金属阳离子，如Mg2+、Ni2+、 &ι2+、Μη2+、Cu2+、C02+、Pd2+、Fe2+等二价阳离子，以及 Al3+、Cr3+、C03+Je3+ 等三价阳离子均可以形成水滑石。An_为层间阴离子，可以包括无机阴离子，有机阴离子，配合物阴离子、同多和杂多阴离子;χ为M3+/(M2++M3+)的摩尔比值，大约是4:1到2:l;m为层间水分子的个数。由于水滑石在化学和结构上的特殊性，使其在催化、医药、阻燃、吸附、基因存储等方面有着广泛而重要的应用。此外，由于碳酸根离子(CO/ — )在层间的稳定性高，不易被置换取代，因此，碳酸根型水滑石的合成和应用更为普遍。由于天然水滑石的储量不够广泛，因此，人工合成成为获取和应用水滑石的重要途径。而在人工合成过程中，通过制备方法、工艺路线/参数等的调整，可以对水滑石的结构和性能进行调控，从而根据应用领域的需求，而适用于生产和生活实践的各个方面。为满足不同领域的应用需要，人们有意识的通过变换各种制备条件和工艺参数对水滑石的结构、性质进行控制。由于水滑石中的结晶水将与层间平衡阴离子，以及基本层上的M(OH)6A 面体结构基元之间，都可产生氢键相互作用，因此，水合程度的高低，将对各组成单元的迁移/扩散、有序结构的形成与晶态结构的调整，以及高温下各结构成分的热稳定性等产生重要的影响。但现有的制备方法，难以对水滑石中具有重要作用的结晶水的水合程度进行方便有效的调控。乙二醇具有沸点高、分子体积较小、可微乳体系的粘度、微乳界面呈刚性等特点， 是常用的试剂，一般作为分散介质而广泛应用于水滑石的合成制备。在本专利技术中，将利用乙二醇可形成不同于水形成的氢键网络这一独特性质，将乙二醇作为共溶剂，通过水热合成的方法，从而对水滑石中结晶水的水合程度进行控制，并进而实现对水滑石结晶形态、热性质的调控。具体而言，由于乙二醇共溶剂的添加，一方面可通过乙二醇上的羟基，吸引并富集合成体系中游离的羟基阴离子和水分子，从而为水滑石的晶体形核和晶粒长大提供充分的原料来源，在形成或基本单元，以及基本层板的同时， 可将客体水分子原位引入水滑石的晶体结构中。此外，乙二醇共溶剂上的羟基可与M(OH)6 八面体结构单元(M为Mg2+、Si2+或Al3+等金属离子)、以及中间层上的结晶水、层间平衡阴离子等形成氢键相互作用，从而影响基本层板有序结构的堆积和晶态结构调整，最终得到具有不同水合程度，以及结晶形态、热性质的水滑石。
技术实现思路
技术问题本专利技术的目的是提供。该方法通过对乙二醇共溶剂的使用与用量调整，可实现对碳酸根型水滑石中水合程度的调控，并进而实现对水滑石结晶形态、水(H2O)/二氧化碳(CO2)等小分子释放温度的的改变。技术方案根据不同的应用目的，对水滑石的有序结晶程度、热稳定性等都有着不一样的要求。因此，有必要对水滑石进行控制合成，以得到不同结晶形态的水滑石。如， 在阻燃领域，可利用水滑石层间离子和基本层板的快速分解，在较低温度释放出二氧化碳和水，从而起到一定的防火作用；作为药物载体的时候，可利用具有不同有序结晶程度的水滑石，实现对药物分子的负载与释放速度的控制……而结晶水对水滑石的结构、形态、性质等都有着重要的影响，其水合程度的高低，将直接影响到水滑石的晶态有序程度，以及热稳定性等。现有的合成方法，对于水合程度的研究和利用都很少，也没有通过对水合程度的调控，实现不同结晶形态、热稳定性的控制合成。在本申请专利技术专利中，通过乙二醇共溶剂的使用，从而得到具有不同水合程度，以及结晶特性、热稳定性的水滑石。本专利技术通过对碳酸根型水滑石的基本组成、结构的分析可发现，在水滑石中存在着广泛分布而重要的氢键网络体系。首先，由羟基堆积成密置双层，二价和三价的金属离子分布在羟基形成的八面体空隙中。由于三价离子部分取代并占据了八面体中的二价离子的位置，形成了带正电的基本层M+hM3^(OH)2P+,两基本层之间夹以碳酸根离子和水分子形成的带负电的中间层(CO广)ι mH20，通过基本层和中间层的交错堆积而形成层状的碳酸根型水滑石。在水滑石的合成过程中，通过二价离子(M2+)、三价离子(M3+)等与羟基(0H_)的反应，将形成基本层结构，并通过层间水合平衡阴离子，实现电中性。总体反应式如下(1-x) Mg2++ ν Al3++ 2 OH-+ ν CO广 + m H2O-p. x+(CO32^)x mH20中间层的结晶水，通过其水合作用，参与水滑石晶体有序结构的构建，包括晶核形成、 晶粒长大等，因此，结晶水对水滑石的有序堆积和结构调整，以及热性质等将具有重要的影响。水滑石中间层上的结晶水，可来自上述反应过程中形成的水分子，也可来自通过扩散过程进入的水分子。两种水分子与水滑石晶体结构的水合程度将呈现出一定的差异。通过上述反应原位形成的结晶水由于优先进入水滑石的中间层，将与水滑石的基本层，以及碳酸根(CO广)等平衡离子产生较强的相互作用，表现出较高的水合程度。而后续通过扩散进入的结晶水，则具有较低的水合程度。而水合程度高的结晶水，对水滑石的晶体结构、以及热性质，也将产生更明显的影响，如在过强的氢键相互作用的牵制下，或 等结晶基元的形成与扩散，有序化结构的调整将受到限制。与此同时，结晶水受热释放后将引起水滑石结构稳定性的下降，层间平衡阴离子和基本层结构的热稳定性下降，在相对较低的温度下即分解。具体的制备过程可表示为1).以去离子水作为基本溶剂，并添加体积比为5—20%，或50—90%的乙二醇作为共溶4剂，混合均勻后得到混合溶剂；2).按照二价金属盐与三价金属盐的摩尔比为2:1—3:1，称取1%(而3)2、1%(12或 Zn (NO3) 2 二价盐，以及Al (NO3) 3、A1C13或Cr (NO3) 3三价盐，分别作为二价金属离子源和三价金属离子源，混合均勻后溶解于上述混合溶剂中，得到浓度为0. 5-1. 5 mol/L的盐溶液；3).将NaOH和无水Na2CO3按照摩尔比为15 1— 20 1的比例，混合后溶于通过第一步得到的去离子水/乙二醇的混合溶剂中，配置成浓度为2. 0—4. 0 mol/L的碱溶液；4).将第二步和第三步分别得到的盐溶液和碱溶液混合，并搅拌5-10分钟，利用NaOH 溶液调节至PH彡12，得到混合浆液；5).将第四步所得混合浆液转移到聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，利用NaOH作为调节溶液，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王继刚，蒋南，魏燕，于娟，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
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