CN102795649A - 一种镁铝水滑石的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种镁铝水滑石的制备方法，按照下列步骤进行：（1）配制浓度为0.24~0.03g/mL的氯化铝水溶液，按Mg：Al摩尔比为2~3:1取氧化镁加入氯化铝水溶液中，于40~80℃恒温加热搅拌2~4h，得到混合溶液；（2）调节步骤（1）得到的混合溶液pH值，使之在9~10之间，继续在40~80℃下反应2~4h；（3）将步骤（2）反应后的浆液在60~80℃下恒温晶化12~24h；（4）将步骤（3）晶化后的反应液过滤、洗涤、干燥、研磨，得到镁铝水滑石。本发明方法所用的原料廉价易得，而且原子转化率高，可以降低工业化成本。
Description
（一）技术领域
本发明涉及一种镁铝水滑石的制备方法。
（二）技术背景
水滑石(Hydrotalcite,简称LDH)，也叫层状双金属氢氧化物。是一种由层间阴离子和带正电荷层板有序组装而成的阴离子型层状结构材料,带正电荷的两种或多种金属离子和六个羟基构成的八面体共用棱边组成了其层板，层间由带负电的有机、无机阴离子或水分子掺杂。其化学组成为[M2+ 1-xM3+ x(OH)2]x+(Ax/n n-)·mH2O，其中M为金属元素，可以是三价也可以是二价的金属离子；An-为层间阴离子。阴离子的体积、数量、价态及其与层板羟基的键合强度决定了LDHs的层间距大小和层间空间；x为M3+/(M2++M3+),一般在0.2~0.33之间；而水分子存在于水滑石层间未被阴离子占居的位置。水滑石层板内原子间以共价键连接,层板与客体之间的相互作用力主要为静电作用、氢键和共价键。由于三价金属阳离子以一定的比例同晶取代了层板中半径相近的二价金属阳离子，从而层板带上了正电荷，层间阴离子起到了平衡骨架电荷的作用，所以水滑石总体是呈电中性的。
水滑石本身具有的碱性、层板上阳离子的可调配性、层间阴离子可交换性使得水滑石在许多方面得以应用，如可以作为环境污染物清除剂、催化剂灭火剂、除酸剂、酸吸收剂、卤素吸收剂、阻燃剂、辅助助燃剂、增加聚合物耐热稳定性促进剂、酸中和剂、UV阻断剂、隔热剂耐氯剂。由此我们可以利用层板上阳离子的可调配性来调配二价和三价金属阳离子的比例来控制层板的电荷密度，从而控制层间阴离子的数量，并得到我们所需要的水滑石。而阴离子的可交换性是其重要特征，人们利用这一性质将各种阴离子引入水滑石间，而获得不同的柱撑水滑石材料。当水滑石层间引入有机阴离子，由于水滑石层板和有机阴离子的相互作用,改变了层状结构和组成，进而使得其化学性质和有机相的热稳定性有所改变，从而获得许多特殊性能的功能材料。水滑石的层间距与插层有机阴离子的碳链长度呈线性增长关系，有机碳链越长，其层间距越大。此类材料同时具备了插层客体有机物和水滑石主体的许多优点,而引起人们的关注。水滑石的这种特殊的插层结构和性质引起了人们的关注。这类材料已在催化、吸附、固定化酶、光化学、电化学、医药、农药等领域展现了诱人的应用前景。
镁铝水滑石的合成方法有：
1、共沉淀法：此方法是最常用的合成水滑石，将可溶性的二价或三价的金属离子盐（可以是硝酸盐、硫酸盐、氯化物）按一定的比例混合成金属盐溶液，然后用碱（可以是氢氧化钠、氨水碳酸盐或尿素）调节pH，等到白色水滑石胶溶物，然后晶化、洗涤、干燥、研磨后得到水滑石。翁腾飞等人用共沉淀法制备镁铝水滑石【镁铝水滑石的制备及其表面改性，应用化工，第38卷第9期】，他们以Mg(NO3)2·6H2O、Al(NO3)3·9H2O为原料，将其配置成一定量的溶液滴加到去离子中，然后用碱NaOH与Na2CO3配制成混合溶液调节pH，用非离子表面活性剂单硬脂酸甘油酯对其进行表面改性，镁铝水滑石的晶体结构并未因改性受到影响。
2、焙烧复原法：这是利用水滑石的记忆效应，通常是将已合成的水滑石在一定温度下焙烧成层状双金属氧化物，然后在将其与所需的阴离子溶液进行反应，得到所需的水滑石。这种方法用于制备有机阴离子柱撑的水滑石，但是样品的晶型、晶像不单一。徐莉【镁铝水滑石的插层组装及在印染废水处理中的应用研究，硕士学位论文，2008年4月】以镁铝硝酸根水滑石为前驱体，运用离子交换法、共沉淀法和焙烧还原法，通过插层组装成功地制备了十二烷基磺酸插层水滑石、十二烷基硫酸插层水滑石和十二烷基苯磺酸插层水滑石，并对其性质进行了研究。
3、水热合成法：此方法在高温高压下，将金属离子的氧化物或氢氧化物反应制得水滑石。将水滑石的成核和晶化过程分开，为了更好地调节水滑石晶像结构和晶粒尺寸，可调控晶化温度和晶化时间。吴健松等人【规则镁铝水滑石超分子的组装及其结构分析，化学通报，2009年第11期】以MgCl2·6H2O、AlCl3·6H2O采用乙二醇-水热法组装了超分子结构镁铝水滑石，考察了乙二醇-水热法对水滑石晶形、结构、分散性、规整性的影响。
4、离子交换法：此方法适用于小体积的无机阴离子，其前驱体一般是插层为Cl-、NO3 -的较易交换出来的阴离子水滑石。
综上，在现有的制备镁铝水滑石的方法中，所用的镁源大多为金属盐，更多的是含多个结晶水的金属盐，当需要合成大量的水滑石时，所需的金属盐的量就比较大，使得成本高，原子利用率较低，不适于工业化生成。
（三）发明内容
本发明的目的是提供一种镁铝水滑石的制备方法，该方法所用的原料廉价易得，而且原子转化率高，可以降低工业化成本。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种镁铝水滑石的制备方法，按照下列步骤进行：
（1）配制浓度为0.24~0.03g/mL的氯化铝水溶液，按Mg：Al摩尔比为2~3:1取氧化镁加入氯化铝水溶液中，于40~80℃恒温加热搅拌2~4h，得到混合溶液；
（2）调节步骤（1）得到的混合溶液pH值，使之在9~10之间，继续在40~80℃下反应2~4h；
（3）将步骤（2）反应后的浆液在60~80℃下恒温晶化12~24h；
（4）将步骤（3）晶化后的反应液过滤、洗涤、干燥、研磨，得到镁铝水滑石。
本发明所述制备方法中，步骤（1）中的镁铝摩尔比和水溶液的浓度、步骤（2）中的pH值、步骤（3）中的晶化温度等是影响水滑石结构的关键因素。
所述步骤（1）中，优选所述镁铝摩尔比2：1。
所述步骤（2）中，使用氢氧化钠或氢氧化钾调节溶液pH值。溶液pH值不能过高。若过高则形成Mg(OH)2，若pH过低则形成Al(OH)3相。
所述步骤（4）中，优选干燥温度为60~80℃，干燥时间为12~24小时。
本发明优选所述制备方法按照下列步骤进行：
（1）配制浓度为0.24~0.03g/mL的氯化铝水溶液，按Mg：Al摩尔比为2:1取氧化镁加入氯化铝水溶液中，于40~80℃恒温加热搅拌2~4h，得到混合溶液；
（2）调节步骤（1）得到的混合溶液pH值，使之在9~10之间，继续在40~80℃下反应2~4h；
（3）将步骤（2）反应后的浆液在60~80℃下恒温晶化12~24h；
（4）将步骤（3）晶化后的反应液过滤、洗涤、于60~80℃干燥12~24小时、研磨，得到镁铝水滑石。
本发明制得的镁铝水滑石，可用于阻燃剂、辅助助燃剂，增加聚合物耐热稳定性。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1）本发明镁源廉价易得，能够大量合成所需的水滑石，原子利用率高，可以降低工业化成本。
2）通过XRD表明该水滑石晶型较好，在2θ角为10度，20度左右都出现了水滑石的特征层状峰。
（四）附图说明
图1为实施例1制得的镁铝比2：1的水滑石的XRD图。
图2为实施例4制得的镁铝比3:1的水滑石的XRD图。
图3为实施例5制得的水滑石的XRD图。
（五）具体实施方式
下面以具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明，但本发明的保护范围不限于此：
实施例一：制备镁铝比2：1的水滑石
取8.0gMgO和24.0gAlCl3·H2O，将AlCl3·H2O溶于200ml蒸馏水中，在加热80℃下搅拌加入MgO，反应2.5个小时后，调节pH。取用2mol/L的NaOH溶液调节pH=9.18。继续反应两个半小时后60℃下静置晶化18h。然后抽滤、洗涤4次后，60℃干燥12小时后研磨，得到镁铝水滑石。XRD图见图1。
实施例二：制备镁铝比2：1的水滑石
取8.0gMgO和24.0gAlCl3·H2O，将AlCl3·H2O溶于400ml蒸馏水中，在加热60℃下搅拌加入MgO，反应2.5个小时后，调节pH。取用2mol/L的NaOH溶液NaOH调节pH=9.18。继续反应两个半小时后80℃下静置晶化12h。然后抽滤、洗涤4次后，80℃干燥12小时后研磨，得到镁铝水滑石。
实施例三：制备镁铝比2：1的水滑石
取4.0gMgO和12.0gAlCl3·H2O，将AlCl3·H2O溶于400ml蒸馏水中，在加热40℃下搅拌加入MgO，反应4个小时后，调节pH。取用2mol/L的NaOH溶液NaOH调节pH=9.18。继续反应三小时后60℃下静置晶化24h。然后抽滤、洗涤4次后，60℃干燥20小时后研磨，得到镁铝水滑石。
实施例四：制备镁铝比3：1的水滑石
取12.0gMgO和24.0gAlCl3·H2O，将AlCl3·H2O溶于200ml蒸馏水中，在加热80℃下搅拌加入MgO，反应2.5个小时后，调节pH。取用2mol/L的NaOH溶液NaOH调节pH=9.18。继续反应两个半小时后60℃下静置晶化18h。然后抽滤、洗涤4次后，60℃干燥12小时后研磨，得到镁铝水滑石。XRD图见图2。
对比实施例：制备镁铝比2：1的水滑石
取8.0gMgO和24.0gAlCl3·H2O，将AlCl3·H2O溶于200ml蒸馏水中，在加热80℃下搅拌加入MgO，反应2.5个小时后，调节pH。取用2mol/L的NaOH溶液调节pH=11。继续反应两个半小时后60℃下静置晶化18h。然后抽滤、洗涤4次后，60℃干燥12小时后研磨，得到镁铝水滑石。XRD图见图3。
Claims (4)
1.一种镁铝水滑石的制备方法，其特征在于所制备的方法按照下列步骤进行：
（1）配制浓度为0.24~0.03g/mL的氯化铝水溶液，按Mg：Al摩尔比为2~3:1取氧化镁加入氯化铝水溶液中，于40~80℃恒温加热搅拌2~4h，得到混合溶液；
（2）调节步骤（1）得到的混合溶液pH值，使之在9~10之间，继续在40~80℃下反应2~4h；
（3）将步骤（2）反应后的浆液在60~80℃下恒温晶化12~24h；
（4）将步骤（3）晶化后的反应液过滤、洗涤、干燥、研磨，得到镁铝水滑石。
2.如权利要求1所述的镁铝水滑石的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，按照Mg：Al摩尔比为2:1投料。
3.如权利要求1或2所述的镁铝水滑石的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中，使用氢氧化钠或氢氧化钾调节混合溶液pH值。
4.如权利要求1或2所述的镁铝水滑石的制备方法，其特征在于：步骤（4）中干燥温度为60~80℃，干燥时间为12~24小时。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20121128 |