CN107601534B - 一种水滑石粒径的控制合成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水滑石粒径的合成控制方法。该方法首先将水滑石按比例配成一定浓度的水相和非水相溶液，将水相与非水相溶液按一定比例混合均匀；然后通过控制不同的反应温度、反应压力和反应时间来控制粒径，并结合采用超滤设备浓缩物料，制备出多种粒径的水滑石产品。本方法制备出的水滑石粒径在70nm‑1μm范围内可控，且便于工业化生产，为水滑石产品的应用提供了更为广泛的空间。

Description

一种水滑石粒径的控制合成方法

技术领域

本发明属于复合材料制备技术领域，具体涉及一种水滑石粒径的合成控制方法。

背景技术

水滑石类化合物是由带正电荷的氢氧化物层和层间阴离子构成，由于其独特的层间阴离子可交换性和层板上阳离子可搭配性，是一种具有广泛应用前景的多功能无机材料。大量研究表明，水滑石在不同领域的应用性能受到其自身粒径大小以及分布范围的影响，因而对水滑石粒径尺寸控制方法的研究就显得很有必要。

现有的控制粒径方法主要有超声、高速剪切、高压均质、或者喷雾干燥等，但是以上几种方法只能起到使水滑石粒径变大或变小，并不能使其在一定范围内可控，且不能改变其晶体表面形态。

发明内容

为了弥补现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种水滑石粒径的控制合成方法，通过控制水滑石的粒径改变其比表面积，增加其表面规整性，扩大其应用市场。

本发明的技术方案为：首先将水滑石按比例配成一定浓度的水相和非水相溶液，将水相与非水相溶液按一定比例混合均匀；在高温反应釜中通过控制不同的反应温度、反应压力和反应时间来控制粒径，并结合采用超滤设备浓缩物料，制备出多种粒径的水滑石产品。本方法制备出的水滑石粒径在70nm-1μm范围内可控，且便于工业化生产，为水滑石产品的应用提供了更为广泛的空间。

本发明所述的水滑石粒径的控制合成方法为：

1、将水滑石加入水中配制成水滑石水相混合液，水滑石浓度为30-60wt％；

2、将水滑石与有机溶剂混合配制成水滑石非水相混合液，水滑石浓度为20-50wt％；

3、将水滑石水相混合液与水滑石非水相混合液按体积比1：2.5-6混合均匀，在高温反应釜中100-160℃的条件下搅拌2-8小时，反应即停止；超滤浓缩，干燥后即得目标粒径水滑石。

所述的水滑石的化学式为[M²⁺ _1-xM³⁺ _x(OH)₂]A^n- _x/n·mH₂O；其中二价金属离子M²⁺选自Mg²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺、Fe²⁺中的任何一种，三价金属离子M³⁺选自Co³⁺、Fe³⁺、Ti³⁺、Al³⁺中的任何一种，层间阴离子A^n-选自碳酸根、硼酸根、磷酸根、硝酸根中的任何一种；n为层间阴离子化合价数，x为M³⁺的摩尔分数，其取值范围是0.2≤x≤0.4；m为结晶水的数量，0≤m≤6。

所述的有机溶剂为乙醇，丙三醇，一缩二乙二醇，丙酮，苯甲醛中的任何一种。

所述的水滑石粒径的控制合成方法具体操作一为：

1、将水滑石加入水中配制成水滑石水相混合液，水滑石浓度为45wt％；

2、将水滑石与一缩二乙二醇混合配制成水滑石非水相混合液，水滑石浓度为30wt％；

3、将水滑石水相混合液与水滑石非水相混合液按体积比1:3混合均匀，在高温反应釜中100℃的条件下搅拌6小时，反应即停止；超滤浓缩，干燥后即得一次粒径在70-100纳米粒径的水滑石。

所述的水滑石粒径的控制合成方法具体操作二为：

1、将水滑石加入水中配制成水滑石水相混合液，水滑石浓度为50wt％；

2、将水滑石与丙酮混合配制成水滑石非水相混合液，水滑石浓度为40wt％；

3、将水滑石水相混合液与水滑石非水相混合液按体积比1:3.5混合均匀，在高温反应釜中120℃的条件下搅拌6小时，反应即停止；超滤浓缩，干燥后即得一次粒径在100-300纳米粒径的水滑石。

所述的水滑石粒径的控制合成方法具体操作三为：

1、将水滑石加入水中配制成水滑石水相混合液，水滑石浓度为55wt％；

2、将水滑石与丙三醇混合配制成水滑石非水相混合液，水滑石浓度为45wt％；

3、将水滑石水相混合液与水滑石非水相混合液按体积比1:5混合均匀，在高温反应釜中140℃的条件下搅拌6小时，反应即停止；超滤浓缩，干燥后即得一次粒径在300-600纳米粒径的水滑石。

所述的水滑石粒径的控制合成方法具体操作四为：

1、将水滑石加入水中配制成水滑石水相混合液，水滑石浓度为50wt％；

2、将水滑石与苯甲醛混合配制成水滑石非水相混合液，水滑石浓度为40wt％；

3、将水滑石水相混合液与水滑石非水相混合液按体积比1:4混合均匀，在高温反应釜中160℃的条件下搅拌6小时，反应即停止；超滤浓缩，干燥后即得一次粒径在600-1000纳米粒径的水滑石。

本发明将水滑石水相与非水相混合，非水相载体与水相载体接触膨胀，形成多层载体，结合剪切、均质等物理加工方法，于高温反应釜中，在高温高压的条件下使水滑石重新排列组合，在其减小粒径的基础上，增加其表面规整性，并随着时间的增加，可使小粒径水滑石逐渐长大。通过控制两相混合时水相和非水相的比例，以及反应温度、反应时间来控制粒径，改变其比表面积，增加其表面规整性，并采用超滤浓缩技术，防止水滑石颗粒在干燥过程中产生团聚现象，获得不同粒径的水滑石，达到粒径在70nm-150μm范围内可控。合成中若非水相比例过小，则达不到控制粒径的目的，反应温度越低，粒径越小，时间越短，水滑石表面越不规整；若非水相比例过高，物料总体积过大，会限制水滑石粒径的增长，反应温度越高，粒径越大，时间越长，水滑石表面越规整。单若超过一定范围，则会引起水滑石团聚，使得到的水滑石粒径不均匀。

附图说明

图1为实施例1合成的粒径为75纳米左右的水滑石；

图2为实施例2合成的粒径为180纳米左右的水滑石；

图3为实施例3合成的粒径为340纳米左右的水滑石；

图4为实施例4合成的的粒径为790纳米左右的水滑石。

具体实施方式

实施例1：

1、将Mg₄Al₂(OH)₁₂CO₃·mH₂O加入水中配制成水滑石水相混合液，水滑石浓度为45wt％；

2、将Mg₄Al₂(OH)₁₂CO₃·mH₂O与一缩二乙二醇混合配制成水滑石非水相混合液，水滑石浓度为30wt％；

3、将水滑石水相混合液与水滑石非水相混合液按体积比1:3混合均匀，在100℃的条件下搅拌6小时，反应即停止；超滤浓缩，干燥后即得粒径为75纳米左右的水滑石。

实施例2：

1、将Mg₄Al₂(OH)₁₂CO₃·mH₂O加入水中配制成水滑石水相混合液，水滑石浓度为50wt％；

2、将Mg₄Al₂(OH)₁₂CO₃·mH₂O与丙酮混合配制成水滑石非水相混合液，水滑石浓度为40wt％；

3、将水滑石水相混合液与水滑石非水相混合液按体积比1:3.5混合均匀，在120℃的条件下搅拌6小时，反应即停止；超滤浓缩，干燥后即得粒径为180纳米左右的水滑石。

实施例3：

1、将Mg₄Al₂(OH)₁₂CO₃·mH₂O加入水中配制成水滑石水相混合液，水滑石浓度为55wt％；

2、将Mg₄Al₂(OH)₁₂CO₃·mH₂O与丙三醇混合配制成水滑石非水相混合液，水滑石浓度为45wt％；

3、将水滑石水相混合液与水滑石非水相混合液按体积比1:5混合均匀，在140℃的条件下搅拌6小时，反应即停止；超滤浓缩，干燥后即得粒径为340纳米左右的水滑石。

实施例4：

1、将Mg₄Al₂(OH)₁₂CO₃·mH₂O加入水中配制成水滑石水相混合液，水滑石浓度为50wt％；

2、将Mg₄Al₂(OH)₁₂CO₃·mH₂O与苯甲醛混合配制成水滑石非水相混合液，水滑石浓度为40wt％；

3、将水滑石水相混合液与水滑石非水相混合液按体积比1:4混合均匀，在160℃的条件下搅拌6小时，反应即停止；超滤浓缩，干燥后即得粒径为790纳米左右的水滑石。

通过所述的水滑石粒径的控制合成方得到的不同粒径的水滑石经过重新排列，增加了水滑石排列的规整性，增大了水滑石的比表面积，减少表面缺陷，降低了二次团聚的可能性，其相对应的Zeta电位有所提高。上述各个实施例得到的产品性能检测结果如下：

	一次粒径	比表面积	Zeta电位	二次粒径d90
					实施例1	75nm	69m<sup>2</sup>/g	39.8	110nm
实施例2	180nm	43m<sup>2</sup>/g	33.4	200nm
					实施例3	340nm	32m<sup>2</sup>/g	29.7	420nm
实施例4	790nm	27m<sup>2</sup>/g	24.5	1000nm

Claims (5)

1.一种水滑石粒径的控制合成方法，其特征在于，其具体操作步骤如下：

1）将水滑石加入水中配制成水滑石水相混合液，水滑石浓度为 30-60wt%；

2）将水滑石与有机溶剂混合配制成水滑石非水相混合液，水滑石浓度为 20-50wt%；

3）将水滑石水相混合液与水滑石非水相混合液按体积比 1：2.5-6 混合均匀，在高温反应釜中 100-160℃的条件下搅拌 2-8 小时，反应即停止；超滤浓缩，干燥后即得目标粒径水滑石；

所述的水滑石的化学式为[M²⁺ _1-xM³⁺ _x(OH)₂]A^n- _x/n·mH₂O；其中二价金属离子M²⁺选自Mg^{2 +}、Ni²⁺、Zn²⁺、Fe²⁺中的任何一种，三价金属离子 M³⁺选自Co³⁺、Fe³⁺、Ti³⁺、Al³⁺中的任何一种，层间阴离子A ^n-选自碳酸根、硼酸根、磷酸根、硝酸根中的任何一种；n为层间阴离子化合价数，x为 M³⁺的摩尔分数，其取值范围是 0.2≤x≤0.4；m 为结晶水的数量，0≤m≤6；

所述的有机溶剂为乙醇，丙三醇，一缩二乙二醇，丙酮，苯甲醛中的任何一种。

2.一种水滑石粒径的控制合成方法，其特征在于，其具体操作步骤如下：

1）将水滑石加入水中配制成水滑石水相混合液，水滑石浓度为 45wt%；

2）将水滑石与一缩二乙二醇混合配制成水滑石非水相混合液，水滑石浓度为30wt%；

3）将水滑石水相混合液与水滑石非水相混合液按体积比 1:3 混合均匀，在高温反应釜中 100℃的条件下搅拌 6 小时，反应即停止；超滤浓缩，干燥后即得一次粒径在 70-100纳米粒径的水滑石；

所述的水滑石的化学式为[M²⁺ _1-xM³⁺ _x(OH)₂]A^n- _x/n·mH₂O；其中二价金属离子M²⁺选自Mg^{2 +}、Ni²⁺、Zn²⁺、Fe²⁺中的任何一种，三价金属离子 M³⁺选自Co³⁺、Fe³⁺、Ti³⁺、Al³⁺中的任何一种，层间阴离子A ^n-选自碳酸根、硼酸根、磷酸根、硝酸根中的任何一种；n为层间阴离子化合价数，x为 M³⁺的摩尔分数，其取值范围是 0.2≤x≤0.4；m 为结晶水的数量，0≤m≤6。

3.一种水滑石粒径的控制合成方法，其特征在于，其具体操作步骤如下：

1）将水滑石加入水中配制成水滑石水相混合液，水滑石浓度为 50wt%；

2）将水滑石与丙酮混合配制成水滑石非水相混合液，水滑石浓度为 40wt%；

3）将水滑石水相混合液与水滑石非水相混合液按体积比 1:3.5 混合均匀，在高温反应釜中 120℃的条件下搅拌 6 小时，反应即停止；超滤浓缩，干燥后即得一次粒径在 100-300 纳米粒径的水滑石；

所述的水滑石的化学式为[M²⁺ _1-xM³⁺ _x(OH)₂]A^n- _x/n·mH₂O；其中二价金属离子M²⁺选自Mg^{2 +}、Ni²⁺、Zn²⁺、Fe²⁺中的任何一种，三价金属离子 M³⁺选自Co³⁺、Fe³⁺、Ti³⁺、Al³⁺中的任何一种，层间阴离子A ^n-选自碳酸根、硼酸根、磷酸根、硝酸根中的任何一种；n为层间阴离子化合价数，x为 M³⁺的摩尔分数，其取值范围是 0.2≤x≤0.4；m 为结晶水的数量，0≤m≤6。

4.一种水滑石粒径的控制合成方法，其特征在于，其具体操作步骤如下：

1）将水滑石加入水中配制成水滑石水相混合液，水滑石浓度为 55wt%；

2）将水滑石与丙三醇混合配制成水滑石非水相混合液，水滑石浓度为 45wt%；

3）将水滑石水相混合液与水滑石非水相混合液按体积比 1:5 混合均匀，在高温反应釜中 140℃的条件下搅拌 6 小时，反应即停止；超滤浓缩，干燥后即得一次粒径在 300-600 纳米粒径的水滑石；

所述的水滑石的化学式为[M²⁺ _1-xM³⁺ _x(OH)₂]A^n- _x/n·mH₂O；其中二价金属离子M²⁺选自Mg^{2 +}、Ni²⁺、Zn²⁺、Fe²⁺中的任何一种，三价金属离子 M³⁺选自Co³⁺、Fe³⁺、Ti³⁺、Al³⁺中的任何一种，层间阴离子A ^n-选自碳酸根、硼酸根、磷酸根、硝酸根中的任何一种；n为层间阴离子化合价数，x为 M³⁺的摩尔分数，其取值范围是 0.2≤x≤0.4；m 为结晶水的数量，0≤m≤6。

5.一种水滑石粒径的控制合成方法，其特征在于，其具体操作步骤如下：

1）将水滑石加入水中配制成水滑石水相混合液，水滑石浓度为 50wt%；

2）将水滑石与苯甲醛混合配制成水滑石非水相混合液，水滑石浓度为 40wt%；

3）将水滑石水相混合液与水滑石非水相混合液按体积比 1:4 混合均匀，在高温反应釜中 160℃的条件下搅拌 6 小时，反应即停止；超滤浓缩，干燥后即得一次粒径在 600-1000 纳米粒径的水滑石；

所述的水滑石的化学式为[M²⁺ _1-xM³⁺ _x(OH)₂]A^n- _x/n·mH₂O；其中二价金属离子M²⁺选自Mg^{2 +}、Ni²⁺、Zn²⁺、Fe²⁺中的任何一种，三价金属离子 M³⁺选自Co³⁺、Fe³⁺、Ti³⁺、Al³⁺中的任何一种，层间阴离子A ^n-选自碳酸根、硼酸根、磷酸根、硝酸根中的任何一种；n为层间阴离子化合价数，x为 M³⁺的摩尔分数，其取值范围是 0.2≤x≤0.4；m 为结晶水的数量，0≤m≤6。

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