一种纳米尺寸层状复合氢氧化物及其分步沉淀制备方法技术

本发明专利技术提供了一种纳米尺寸层状复合氢氧化物及其分步沉淀制备方法，其制备是采用金属的可溶性盐和碱为原料，通过分步沉淀反应使构成LDH层板的金属离子分别沉淀，并在第二步沉淀过程中生成LDH。由于第一步沉淀反应制备的氢氧化物活性高，第二步沉淀时LDH能够快速成核并生长，使得到的LDH片的厚度较薄,其层板厚度为5~15nm、长度为50~150nm，且BET比表面积为140-280m2/g，远大于普通LDH的比表面积。该方法克服了共沉淀法制备LDH时存在比表面积小的缺点。本发明专利技术所采用的制备方法简便，无需高温高压，不要求特殊设备，原料来源丰富，成本低廉。该层状复合氢氧化物可广泛应用于吸附分离、催化、高分子材料等领域。

【技术实现步骤摘要】
所属领域本专利技术涉及无机非金属功能材料及其制备领域，具体涉及一种纳米层状复合氢氧化物及其制备方法。
技术介绍
层状复合氢氧化物(Layered Double Hydroxides,简称LDH)是一类阴离子型层状粘土，其化学式为[M2YxM' (OH) 2]x+ (An_x/n).mH20，其中M2+、M3+分别代表二价和三价金属阳离子，X代表金属元素的含量的变化，An-代表层间阴离子。LDH具有独特的二维层状结构和层间阴离子的可交换性，近年来受到人们的广泛关注。LDH独特的性质使其广泛应用于催化、吸附、离子交换和高分子添加剂(阻燃剂、热稳定剂等功能助剂)等领域。材料的比表面积对其应用性能具有重要的影响，通常比表面积越大其应用性能越好。LDH通常为片状结构，比表面积较小，其布朗诺尔-埃米特-泰勒(Brunauer-Emmett-Te11er,简称BET)比表面积约为20_80m2/g,极大地限制了它的应用。传统制备方法，如单滴法、双滴法、成核/晶化隔离法、均匀沉淀法、水热法等通常仅能获得厚度约为20 IOOnm的六边形或不规则片状LDH微晶，并且存在严重的团聚现象，BET比表面积较小° 文献 Zhou Jiabin, Yan Siliang, Yu Jiaguo, Shu Zhan, Journal of Hazardousmaterials, 2011，192 (3)，1114-1121采用均匀沉淀法制备得到了 BET比表面积约为64.9m2/g LDH0 文献 Wang Qiang, Wu Zhihuai, Tay Hui Huang, Chen Luwei, Liu Yan ChangJie, Zhong Ziyi, Luo Jizhong, Borgna Armando, Catalysis Today, 2011, 164(1), 198-203采用共沉淀法制备了 BET比表面积达114m2/g的LDH。文献Zhao Yun, Li Feng, ZhangRui, Evans, David G., Duan Xue, Chemistry of Materials, 2002, 14, 4286 米用成核 / 晶化隔离法制备了粒径较小，厚度约为20纳米的LDH，BET比表面积约为80m2/g。由于这些方法制备的LDH片的厚度 通常大于20nm，长度大于150nm，其BET比表面积通常小于120m2/g，使其应用性能受到了极大的限制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种纳米层状复合氢氧化物及其制备方法，该层状复合氢氧化物具有尺寸处于纳米量级、比表面大的特点，可用于吸附分离、催化、高分子材料等领域。本方法以构成LDH的可溶性盐和碱为原料，使可溶性盐分步沉淀，在第二步沉淀反应过程中同时生成LDH，制备出厚度约为5 15nm、长度约为50 150nm、比表面积为140 280m2/g的层状复合氢氧化物。本专利技术提供的层状复合氢氧化物，其化学通式为:M+xM2Vy-0.5x-2zM3+yM4+z (OH) 2 (An_) y/n.mH20， (I)其中0 < X < 0.4,0 < y < 0.7,0 < z < 0.5,0 < y+0.5χ+2ζ ^ I,y>z 不能同时为0,m为层间结晶水分子数,0.4彡111彡1-X为一价金属离子Li+,M2+为二价金属离子Mg2+、Zn2+、Ni2+、C02+、Ca2+、Fe2+、Mn2+、Cd2+、Pd2+、Pt2+、Be2+、Cu2+中的任意一种或多种，优选 Mg2+、Zn2+、Ni2+、Co2+、Fe2+、Cu2+中的一种或多种，更优选为Mg2+、Zn2+、Ni2+、Co2+中的一种或多种；M3+为三价金属离子 Al3+、Co3+、Ti3+、Fe3+、Cr3+、Ga3+、Ni3+、V3+、Mn3+、Rh3+、Ir3+、Ru3+、La3+、Sc3+、In3+中的任意一种或多种，优选Al3+、Co3+、Fe3+、Cr3+、Ni3+中的一种或多种，更优选为Al3+、Co3+、Fe3+中一种或多种；M4+为四价金属离子Sn4+、Ti4+、Zr4+中的任意一种；An_为Cl—、Br—、ClO4'N03_、ClO3' CO广、SO42' SO广、S2O32' CrO42-等无机阴离子或乙二酸根、丙二酸根、对苯二甲酸根、十二烷基磺酸根等有机阴离子中的任意一种，优选co32-或no3_。该纳米层状复合氢氧化物的厚度约为5 15nm、长度约为50 150nm,比表面积为140 280m2/g，而普通的LDH平均比表面积约80m2/g，比普通LDH的比表面积要大80%以上。可用于吸附分离、催化、高分子材料等领域。本专利技术提供的大比表面纳米LDH的具体制备步骤如下:A:配制一种浓度为0.05 1.5mol/L可溶性金属盐的水溶液。所述的可溶性金属盐为 LiCl、MgCl2、ZnCl2、NiCl2、CaCl2、FeCl2、BeCl2、CuCl2、AlCl3、CoCl3、FeCl3、CrCl3、GaCl3、NiCl3、VC13、LiN03、Mg (NO3) 2、Zn (NO3) 2、Ni (NO3) 2、Ca (NO3) 2、Fe (NO3) 2、Be (NO3) 2、Cu (NO3) 2、Al (NO3) 3、Co (NO3) 3、Fe (NO3) 3、Cr (NO3) 3、Ga (NO3) 3、Ni (NO3) 3、V (NO3) 3、Zr (NO3) 4、Li2SO4^MgSO4,ZnS04、NiSO4' FeSO4' CuS04、Al2 (SO4) 3、Co2 (SO4) 3、Ti2 (SO4) 3、Fe2 (SO4) 3、Cr2 (SO4) 3、Ga2 (SO4) 3、Ni2 (SO4) 3、V2 (SO4) 3、Sn (SO4)2, Ti (SO4)2, Zr (SO4) 2 中的一种。较好的为 MgCl2' ZnCl2' NiCl2'CuCl2, A1C13、CoC13、FeCl3、Mg (NO3) 2、Zn (NO3) 2、Ni (NO3) 2、Cu (NO3) 2、Al (NO3) 3、Co (NO3) 3、Fe (NO3) 3>MgSO4,ZnSO 4,NiSO4,FeSO4,CuSO4,Al2 (SO4) 3>Co2 (SO4) 3 中的一种。更好的为 MgCl2、NiCl2, A1C13、CoC13、FeCl3、Mg (NO3)2, Ni (NO3) 2、Al (NO3) 3、Co (NO3) 3、Fe (NO3) 3 中的一种。B:配制摩尔浓度为0.05 5mol/L的碱性溶液，碱性溶液中碱的摩尔量为步骤A中所加金属离子摩尔量的0.9n 1.1n倍，η为金属离子的价态。所述的碱为Na0H、K0H和氨水中的一种。将该碱溶液与步骤A配制的盐溶液混合生成氢氧化物沉淀，将沉淀静置陈化10 60min,简称B衆液。C:根据所要制备的目标LDH，选取与步骤A中的金属离子共同构成LDH层板所需的金属的可溶性盐，加入到B浆液中，使其溶解并混合均匀，得到含两种及以上且符合构成LDH层板的金属离子混合液，简称C浆液，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米尺寸层状复合氢氧化物，其简写为LDH，其化学通式为：M+xM2+1?y?0.5x?2zM3+yM4+z(OH)2?(An?)y/n·mH2O，??（1）其中0≤x≤0.4，0≤y≤0.7，0≤z≤0.5，0≤y+0.5x+2z≤1，y、z不能同时为0，m为层间结晶水分子数，0.4≤m≤1；M+为一价金属离子Li+，M2+为二价金属离子Mg2+、Zn2+、Ni2+、Co2+、Ca2+、Fe2+、Mn2+、Cd2+、Pd2+、Pt2+、Be2+、Cu2+中的任意一种或多种，?M3+为三价金属离子Al3+、Co3+、Ti3+、Fe3+、Cr3+、Ga3+、Ni3+、V3+、Mn3+、Rh3+、Ir3+、Ru3+、La3+、Sc3+、In3+中的任意一种或多种，?M4+为四价金属离子Sn4+、Ti4+、Zr4+中的任意一种；An?为Cl?、Br?、ClO4?、NO3?、ClO3?、CO32?、SO42?、SO32?、S2O32?、CrO42?等无机阴离子或乙二酸根、丙二酸根、对苯二甲酸根、十二烷基磺酸根等有机阴离子中的任意一种；其特征是纳米尺寸层状复合氢氧化物层板厚度为5~15?nm、长度为50~150?nm，其比表面积为140~280?m2/g，比普通LDH的比表面积大80%以上。...

【技术特征摘要】
1.一种纳米尺寸层状复合氢氧化物，其简写为LDH，其化学通式为:MW.5x_2zM3+yM4+z (OH) 2 (An_) y/n.mH20，(I) 其中O≤X≤0.4，0≤y≤0.7，0≤z≤0.5，0≤y+0.5x+2z≤1，y、z不能同时为O,m为层间结晶水分子数,0.4≤m≤I ; M+ 为一价金属离子 Li+，M2+ 为二价金属离子 Mg2+、Zn2+、Ni2+、Co2+、Ca2+、Fe2+、Mn2+、Cd2+、Pd2+、Pt2+、Be2+、Cu2+ 中的任意一种或多种，M3+ 为三价金属离子 Al3+、Co3+、Ti3+、Fe3+、Cr3+、Ga3+、Ni3+、V3+、Mn3+、Rh3+、Ir3+、Ru3+、La3+、Sc3+、In3+ 中的任意一种或多种，M4+ 为四价金属离子 Sn4+、Ti4+、Zr4+ 中的任意一种;An-为 Cl' Br' ClO4' NO3' ClO3' CO32' SO42' SO32' S2O32'CrO42-等无机阴离子或乙二酸根、丙二酸根、对苯二甲酸根、十二烷基磺酸根等有机阴离子中的任意一种； 其特征是纳米尺寸层状复合氢氧化物层板厚度为5 15 nm、长度为5(T150 nm，其比表面积为14(T280 m2/g，比普通LDH的比表面积大80%以上。2.根据权利要求1所述的纳米尺寸层状复合氢氧化物，其特征是M2+为Mg2+、Zn2+、Ni2+、Co2+、Fe2+、Cu2+中的一种或多种，M3+为 Al3+、Co3+、Fe3+、Cr3+、Ni3+中的一种或多种，An_ 为 C032_ 或NO3'3.根据权利要求1所述的纳米尺寸层状复合氢氧化物，其特征是M2+为Mg2+、Zn2+、Ni2+、Co2+中的一种或两种，M3+为Al3+、Co3+、Fe3+中一种；An-为⑶广或NO3'4.一种制备权利要求1所述的纳米尺寸层状复合氢氧化物的方法，具体制备步骤如下: A:配制一种浓度为0.05^1.5 mol/L可溶性金属盐的水溶液； 所述的可溶性金属盐为 LiCl、MgCl2, ZnCl2, NiCl2, CaCl2, FeCl2, BeCl2, CuCl2, A1C13、CoCl3、FeCl3、CrCl3, GaCl3, NiCl3, VCl3, LiNO3, Mg (NO3) 2、Zn (NO3) 2、Ni (NO3) 2、Ca (NO3) 2、Fe (NO3) 2、Be (NO3) 2、Cu (NO3) 2、Al (NO3) 3、Co (NO3) 3、Fe (NO3) 3、Cr (NO3) 3、Ga (NO3) 3、Ni (NO3) 3、V (NO3) 3、Zr (NO3) 4、Li2SO4' MgSO4' ZnS04、NiSO4' FeSO4' CuS04、Al2 (SO4) 3、Co2 (SO4) 3、Ti2 (SO4) 3、Fe2 (SO4) 3、Cr2 (SO4) 3、Ga2 (SO4) 3、Ni2 (SO4) 3、V2 (SO4) 3、Sn (SO4)2, Ti (SO4)2, Zr (SO4) 2 中的一种； B:配制摩尔浓度为0.05飞mol/L的碱性溶液，且碱性溶液中碱的摩尔量为步骤A中所加金属离子摩尔量的0.9rTl.1n倍，η为金属离子的价态；将该碱性溶液与步骤A配制的盐溶液混合生成氢氧化物沉淀，将沉淀静置陈化1(T60 min,简称B浆液；所述的碱为NaOH、KOH和氨水中的一种； C:根据所要制备的目标LDH，选取与步骤A中的金属离子共同构成LDH层板所需的金属的可溶性盐，加入到B浆液中，使其溶解并混合均匀，得到含两种及以上且符合构成LDH层板的金属离子混合液，简称C浆液，且使其中一价、二价金属元素摩尔量之和与三价、四价金属元素摩尔量之和的比值为0.5飞:1 ； 所述的可溶性金属盐为 LiCl、MgCl2, ZnCl2, NiCl2, CaCl2, FeCl2, BeCl2, CuCl2, A1C13、CoCl3、TiCl3、FeCl3, CrCl3, GaCl3, NiC...

【专利技术属性】
技术研发人员：李殿卿，唐平贵，冯拥军，冯俊婷，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：