CN108002414A - 一种以煤粉为模板制备水滑石的方法 - Google Patents

一种以煤粉为模板制备水滑石的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108002414A
CN108002414A CN201810103377.8A CN201810103377A CN108002414A CN 108002414 A CN108002414 A CN 108002414A CN 201810103377 A CN201810103377 A CN 201810103377A CN 108002414 A CN108002414 A CN 108002414A
Authority
CN
China
Prior art keywords
hydrotalcite
coal dust
coal
prepared
template
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810103377.8A
Other languages
English (en)
Inventor
刘博�
周安宁
罗振敏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian University of Science and Technology
Original Assignee
Xian University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian University of Science and Technology filed Critical Xian University of Science and Technology
Priority to CN201810103377.8A priority Critical patent/CN108002414A/zh
Publication of CN108002414A publication Critical patent/CN108002414A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
    • C01F7/00—Compounds of aluminium
    • C01F7/78—Compounds containing aluminium and two or more other elements, with the exception of oxygen and hydrogen
    • C01F7/784—Layered double hydroxide, e.g. comprising nitrate, sulfate or carbonate ions as intercalating anions
    • C01F7/785—Hydrotalcite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G49/00—Compounds of iron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G9/00—Compounds of zinc
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/80—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70
    • C01P2002/85—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70 by XPS, EDX or EDAX data
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)

Abstract

本发明公开了一种以煤粉为模板制备水滑石的方法，包括如下步骤：S1、将二价金属的可溶性盐溶液与三价金属的可溶性盐溶液按照2～4:1的摩尔比混合，得到混合溶液；S2、将混合溶液与煤粉混合，得到反应液；调节反应液pH为8～11；在50℃～90℃的环境下，静置1～15天，抽滤得到滤饼，并洗涤滤饼后，待用；S3、将滤饼干燥，并采用低温等离子灰化仪低温等离子灰化处理1～3天，制备得到水滑石。与现有技术相比，本发明的有益效果是以煤粉为模板，有效的将煤的非能源利用与水滑石的制备相结合，既能够提高煤的非能源利用效率，又提供一种不需要导向剂就能够有效制备表面呈现纳米圆片状形貌特征的水滑石的方法。

Description

一种以煤粉为模板制备水滑石的方法
技术领域
本发明属于无机材料制备技术领域，涉及一种水滑石的制备方法，特别涉及一种以煤粉为模板制备水滑石的方法。
背景技术
水滑石(LDHs)是一种典型的阴离子粘土，具有层状结构以及丰富的物化性质，如层板组成元素可调变性、热稳定性、离子交换性能等，在催化、医药、阻燃、废水处理等领域具有广阔的应用前景。
传统的纳米水滑石制备方法有共沉淀法、溶胶凝胶法、离子交换法、焙烧复原法等。共沉淀法即将双金属盐溶液和碱溶液混合，并维持反应体系的pH值在一恒定值下进行水滑石合成的方法。该方法合成温度低，过程简单，制得的水滑石具有较高的均匀性、颗粒尺寸分布较窄且具有一定形貌。但由于反应各组分的沉淀速度和沉淀平衡浓度积不可避免地存在着差异，所以导致产品组成的局部不均匀性，而且沉淀物还需反复洗涤过滤，才能除去混入的杂质离子。
溶胶凝胶法是用金属醇盐或非醇盐制成前驱物，在一定条件下水解成溶胶，再制成凝胶，继而制备水滑石的过程。该方法被广泛地应用于金属氧化物纳米粒子的制备，存在制备成本高，工艺复杂等局限性。
电合成法是指使二价和三价金属硝酸盐或高氯酸盐溶液中的NO3-或ClO4-在电解模阴极发生还原反应的制备方法，该方法可以在室温下合成水滑石(LDHs)，并且通过选择合适的电流密度制备得到薄膜状或多晶粉末状的水滑石(LDHs)，同样存在成本与能耗高的缺点。
焙烧还原法是指将水滑石(LDHs)在一定温度下焙烧一定时间后形成复合金属氧化物(LDOs)，再将LDOs与欲插入的阴离子溶液进行反应。所得类水滑石纯度高、结晶度好，但制备步骤复杂，影响因素繁多。另外，这些传统的制备方法很难直接获得具有特殊形貌的纳米水滑石。
为了解决上述问题，大量的研究者采用模板或者导向剂调控水滑石的晶核生长方向从而获得具有特殊形貌的水滑石。而具有特殊形貌的水滑石可以增加材料的比表面积，进而提高材料的物化性能，扩大水滑石的应用范围。
北京化工大学李博以阴离子表面活性剂十二烷基磺酸钠与辛烷、水形成的乳状液为微反应器，采用共沉淀法在其中制备得到了层板纤维状或絮状堆积的水滑石。微乳状液的限域效应有效地控制了产物的晶粒尺寸。并以壳聚糖为模板剂，在其水溶液中制备得到了纳米级层板弯曲形变的水滑石，实现了水滑石几何尺寸和形貌的可控制备；同时以阴离子表面活性剂在水溶液中自组装囊泡为模板，分别在十二烷基磺酸钠(SAS)、十二烷基硫酸钠(SDS)和琥珀酸二乙辛酯磺酸钠(AOT)水溶液中制备得到了层板形变的表面活性剂阴离子插层水滑石。
中国专利CN201310192451.5公开了一种蛋壳型镍基催化剂的制备方法，原位生长法将Ni物种以类水滑石的形式负载在粒径为10-80目的Al2O3载体表面，即在Al2O3颗粒外部生长含有Ni金属离子的层状前体LDHs，形成蛋壳型分布，分布范围在颗粒外部0.08mm～0.13mm范围，经干燥，高温下焙烧转变为相应的复合金属氧化物，硫化，还原后得到金属Ni集中分布在载体颗粒外表面的蛋壳型镍基催化剂，将其应用于裂解汽油一段选择加氢反应中，可有效提高催化剂的转化率、选择性及稳定性，还可用于甲烷重整和催化CO、CO2加氢制备低碳烃和醇的反应。
中国专利CN201210394722.0公开了一种表面活性剂导向下制备多级结构水滑石微球的方法，在乙二醇溶液中，以表面活性剂为导向剂，以二价、三价金属盐溶液为原料，在碱性环境下进行水热反应得到水滑石的纳米微球。其中，通过调变表面活性剂的含量实现水滑石微球由实心结构到蛋黄式结构再到空心结构的调变。得到的水滑石微球具有磁性、且内部微观结构可调，在药物靶向运输、高性能催化载体材料等方面具有重要的应用前景。内部结构可调的纳米微球在吸附分离、催化等领域具有重要的应用价值。
中国专利CN201210385204.2公开了一种基于金属氧化物纳米阵列电场导向外延生长水滑石制备多级结构材料的方法。首先制备垂直于导电基底生长的纳米阵列材料；然后利用电化学合成的方法在纳米阵列上直接生长有序的LDH纳米片，所得多级结构材料能够同时充分发挥金属氧化物纳米阵列的光响应性能和水滑石的电化学及光响应性能，对于实现高效的光电化学能量转换具有重要的意义。其在光电化学器件、传感等方面具有重要的研究价值和应用价值，可用于光电化学分解水。
中国专利CN201210434511.5公开了一种可见光响应的NiTi水滑石纳米片催化剂及其制备方法，采用反相微乳液方法合成了NiTi水滑石纳米片，其显示了极好的可见光催化性能。该方法通过调控表面活性剂以及水的比例，进而实现了微乳环境的可控，水滑石在微乳中晶化生长，其颗粒尺寸可实现从30nm到80nm的分布。该方法使用的溶剂成本低廉，操作简单，且可以重复循环使用。合成条件简单，原料低廉，易于大规模工业化生产，有望在太阳能利用，吸附，添加剂等领域得到广泛应用。
中国专利CN201210139464.1公开了一种原位生长于铝基底上的杯芳烃插层水滑石薄膜及其制备方法。该薄膜是先通过电解氧化法在金属铝基板上生成一层致密氧化铝层作为铝基底，再采用原位生长法在该基底上生成层板垂直铝基底排列的杯芳烃插层水滑石薄膜；该发明利用原位生长技术，可以将具有独特包合性能的杯芳烃组装进入水滑石层间，实现杯芳烃的固定化和水滑石的功能化，制备的杯芳烃插层水滑石膜，与基底的作用力较强，不易脱落。
中国专利CN201210118789.1公开了一种多元复合金属氧化物纳米空心球及其制备方法。该方法将碳球分散于水滑石胶体溶液中，利用静电引力作用，水滑石片被吸附在碳球表面，通过离心分离，去除包含未被吸附的水滑石片上清液，即可获得纯净的水滑石包覆的碳球材料。再经过焙烧，即可获得尺寸均一，金属元素比例可控的多元复合金属氧化物纳米空心球。该多元复合金属氧化物空心球在催化、吸附、药物缓释等领域具有应用前景。
中国专利CN201110161095.1公开了一种水滑石包裹四氧化三铁核壳式微球的制备方法。其制备步骤为：首先制备四氧化三铁微球；制备二氧化硅包裹的四氧化三铁微球；制备一水合氧化铝溶胶；用制备的二氧化硅包裹的四氧化三铁微球在一水合氧化铝溶胶中进行若干次浸渍后得到核壳结构的一水氧化铝和二氧化硅共同包裹的四氧化三铁微球；把得到的复合微球放在含有二价金属离子的溶液中，在一定温度下晶化后得到水滑石包裹四氧化三铁核壳式微球。
煤炭是重要的能源，也是冶金、化工、建材等行业的原料。我国是煤炭的资源大国和消费大国。长期以来，煤炭作为燃料燃烧提供能源，其结构特性未被充分利用，特别是低阶煤的利用价值受到了限制，同时造成了严重的环境污染。通过对煤的降解、热解、溶剂抽提，可以得到上千种有机化合物，是芳烃化学制品的主要原料来源。西部地区是我国的主要煤炭基地，不仅煤炭资源量丰富，而且工业类型也较为齐全。积极开展煤的非能源利用及高附加值深加工转化是中国西部地区的能源优势转变为产业优势和实现经济腾飞的重要途径。煤是不可再生资源，神府煤陕西省北部侏罗纪低变质程度烟煤，储量大，但是近十年来受到石油冲击和自身高消耗、高污染的问题，烟煤的发展日益萎缩。为了解决烟煤的上述问题，大量的专家学者以及技术人员研究煤的非能源利用及高附加值深加工转化方面，开展了利用煤特殊的两相结构直接制备各种材料，例如新型炭材料、煤基高分子工程材料、煤基高分子功能材料、煤基聚合物合金、煤基复合材料等。
煤是由多种芳香结构或者缩合芳香结构单元通过一定的交联键连接的网状大分子结构，具有一定的溶解性、溶胀性、粘弹性等，可使其作为有机刚性离子用作聚合物复合材料；煤芳香大分子结构的直接利用可以避免煤热化学转化过程污染，提高煤的利用效率；煤的芳香结构可以改善线性聚合物材料的强度和耐热性；煤表面的官能团和低分子化合物的分布有利于化学改性，而煤的微纳米孔隙结构可以为制备纳米材料提供天然的微纳米限域反应空间。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有煤的非能源利用及高附加值深加工转化方面存在的上述问题以及传统水滑石制备方面存在的上述问题，本发明提供一种以煤粉为模板制备水滑石的方法。这种制备方法将煤的非能源利用与水滑石的制备相结合，既能够提高煤的非能源利用效率，又提供一种新的制备水滑石的方法。
为了实现上述目的，本申请采用的技术方案为：一种以煤粉为模板制备水滑石的方法，包括如下步骤：
S1、将浓度为0.02mol/L～2mol/L的二价金属的可溶性盐溶液与三价金属的可溶性盐溶液按照2～4:1的摩尔比混合，得到混合溶液，待用；
S2、将S1中的混合溶液与150目～200目的煤粉混合，得到反应液，其中，煤粉与可溶性的三价金属盐的质量比为w，0﹤w﹤6；然后调节应液的pH为8～11；最后，在50℃～90℃的环境下，静置1～15天，抽滤得到滤饼，并洗涤滤饼3～5次后，待用；
S3、将S2中得到的滤饼干燥，并采用低温等离子灰化仪低温等离子灰化处理1～3天，其中低温等离子灰化仪的功率为40W～80W，温度为25℃～40℃，真空度为0.5mbar～1.0mbar，制备得到水滑石。
进一步的，所述二价金属为Mg2+或Zn2+中的一种或两种，所述三价金属离子是Al3+或Fe3+中的一种。
进一步的，所述S2中采用1mol/L的NaOH溶液、30％的氨水溶液或1mol/L的碳酸铵溶液中的一种调节反应液的pH。
进一步的，所述低温等离子灰化处理中所用的等离子是由介质阻挡放电所得。
进一步的，所述煤粉为神府煤。
进一步的，所述S2中采用去离子水洗涤滤饼。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明以煤粉为模板生长水滑石，在制备过程中，不需要提供其他辅助条件，例如不需要提供导向剂完成水滑石的成核和生长过程，仅仅以煤丰富的微/纳米尺寸孔道结构以及酸性官能团为基础，就能有效制备出表面呈现纳米圆片状形貌特征的水滑石。
(2)本发明的制备方法有效的将煤的非能源利用与水滑石的制备相结合，提高了煤的非能源利用效率；这种水滑石的制备方法简单，原料廉价易得，从而使这种制备方法具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明的煤盐比(w)对水滑石(LDHs)的XRD谱图的影响，其中(a)神府煤；(b)w＝0；(c)w＝1.2；(d)w＝2.4；(e)w＝3.6；(f)w＝4.8。
图2是本发明的煤盐比(w)对LDHs的SEM图(A)及EDX(B)的影响，其中(a)w＝0；(b)w＝1.2；(c)w＝2.4；(d)w＝3.6。
具体实施方式
为了使本发明的技术手段、创作特征、达到目的与功效易于明白了解，下面将结合本发明的具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
一种以煤粉为模板制备水滑石的方法，包括如下步骤：
S1、将浓度为0.02mol/L的Mg(NO3)2与Al(NO3)3按照3:1的摩尔比混合，得到混合溶液，待用；
S2、将S1中的混合溶液与150目～200目的神府煤粉混合，其中，煤粉与可溶性的三价金属盐的质量比为w＝1，得到反应液；然后一边剧烈搅拌反应液，一边向反应液中滴加1mol/L的NaOH溶液，至反应液的pH为10为止；最后，在90℃的环境下，静置1天后，抽滤得到滤饼，并用去离子水洗涤滤饼3次后，待用；
S3、将S2中得到的滤饼干燥，并采用低温等离子灰化仪低温等离子灰化处理1天，其中低温等离子灰化仪的功率为40W，温度为25℃，真空度为0.5mbar，制备得到水滑石。
实施例2
一种以煤粉为模板制备水滑石的方法，包括如下步骤：
S1、将浓度为0.02mol/L的Mg(NO3)2与Al(NO3)3按照2:1的摩尔比混合，得到混合溶液，待用；
S2、将S1中的混合溶液与150目～200目的神府煤粉混合，其中，煤粉与可溶性的三价金属盐的质量比为w＝1，得到反应液；然后一边剧烈搅拌反应液，一边向反应液中滴加1mol/L的NaOH溶液，至反应液的pH为10为止；最后，在90℃的环境下，静置1天后，抽滤得到滤饼，并用去离子水洗涤滤饼3次后，待用；
S3、将S2中得到的滤饼干燥，并采用低温等离子灰化仪低温等离子灰化处理1天，其中低温等离子灰化仪的功率为40W，温度为25℃，真空度为0.5mbar，制备得到水滑石。
实施例3
一种以煤粉为模板制备水滑石的方法，包括如下步骤：
S1、将浓度为0.02mol/L的Mg(NO3)2与Al(NO3)3按照4:1的摩尔比混合，得到混合溶液，待用；
S2、将S1中的混合溶液与150目～200目的神府煤粉混合，其中，煤粉与可溶性的三价金属盐的质量比为w＝1，得到反应液；然后一边剧烈搅拌反应液，一边向反应液中滴加1mol/L的NaOH溶液，至反应液的pH为10为止；最后，在90℃的环境下，静置1天后，抽滤得到滤饼，并采用去离子水洗涤滤饼4次后，待用；
S3、将S2中得到的滤饼干燥，并采用低温等离子体灰化仪低温等离子灰化处理1天，其中低温等离子灰化仪的功率为40W，温度为25℃，真空度为0.5mbar，制备得到水滑石。
实施例4
一种以煤粉为模板制备水滑石的方法，包括如下步骤：
S1、将浓度为0.02mol/L的Zn(NO3)2与Al(NO3)3按照3:1的摩尔比混合，得到混合溶液，待用；
S2、将S1中的混合溶液与150目～200目的神府煤粉混合，其中，煤粉与可溶性的三价金属盐的质量比为w＝1，得到反应液；然后一边剧烈搅拌反应液，一边向反应液中滴加1mol/L的NaOH溶液，至反应液的pH为10为止；最后，在90℃的环境下，静置1天后，抽滤得到滤饼，并采用去离子水洗涤滤饼5次后，待用；
S3、将S2中得到的滤饼干燥，并采用低温等离子体灰化仪低温等离子灰化处理1天，其中低温等离子灰化仪的功率为40W，温度为25℃，真空度为0.5mbar，制备得到水滑石。
实施例5
一种以煤粉为模板制备水滑石的方法，包括如下步骤：
S1、将浓度为0.02mol/L的Mg(NO3)2与Fe(NO3)3按照3:1的摩尔比混合，得到混合溶液，待用；
S2、将S1中的混合溶液与150目～200目的神府煤粉混合，其中，煤粉与可溶性的三价金属盐的质量比为w＝1，得到反应液；然后一边剧烈搅拌反应液，一边向反应液中滴加1mol/L的NaOH溶液，至反应液的pH为10为止；最后，在90℃的环境下，静置1天后，抽滤得到滤饼，并采用去离子水洗涤滤饼5次后，待用；
S3、将S2中得到的滤饼干燥，并采用低温等离子体灰化仪低温等离子灰化处理1天，其中低温等离子灰化仪的功率为40W，温度为25℃，真空度为0.5mbar，制备得到水滑石。
实施例6
一种以煤粉为模板制备水滑石的方法，包括如下步骤：
S1、将浓度为0.02mol/L的Mg(NO3)2与Al(NO3)3按照3:1的摩尔比混合，得到混合溶液，待用；
S2、将S1中的混合溶液与150目～200目的神府煤粉混合，其中，煤粉与可溶性的三价金属盐的质量比为w＝2，得到反应液；然后一边剧烈搅拌反应液，一边向反应液中滴加30％的氨水，至反应液的pH为10为止；最后，在90℃的环境下，静置1天后，抽滤得到滤饼，并采用去离子水洗涤滤饼5次后，待用；
S3、将S2中得到的滤饼干燥，并采用低温等离子体灰化仪低温等离子灰化处理1天，其中低温等离子灰化仪的功率为50W，温度为35℃，真空度为0.7mbar，制备得到水滑石。
实施例7
一种以煤粉为模板制备水滑石的方法，包括如下步骤：
S1、将浓度为0.02mol/L的Mg(NO3)2与Al(NO3)3按照3:1的摩尔比混合，得到混合溶液，待用；
S2、将S1中的混合溶液与150目～200目的神府煤粉混合，其中，煤粉与可溶性的三价金属盐的质量比为w＝3.5，得到反应液；然后一边剧烈搅拌反应液，一边向反应液中滴加1mol/L的碳酸铵溶液，至反应液的pH为10为止；最后，在90℃的环境下，静置1天后，抽滤得到滤饼，并采用去离子水洗涤滤饼5次后，待用；
S3、将S2中得到的滤饼干燥，并采用低温等离子体灰化仪低温等离子灰化处理1天，其中低温等离子灰化仪的功率为60W，温度为40℃，真空度为0.8mbar，制备得到水滑石。
实施例8
一种以煤粉为模板制备水滑石的方法，包括如下步骤：
S1、将浓度为2mol/L的Mg(NO3)2与Fe(NO3)3按照3:1的摩尔比混合，得到混合溶液，待用；
S2、将S1中的混合溶液与150目～200目的煤粉混合，其中，煤粉与可溶性的三价金属盐的质量比为w＝5，得到反应液；然后一边剧烈搅拌反应液，一边向反应液中滴加1mol/L的NaOH溶液，至反应液的pH为8为止；最后，在50℃的环境下，静置7天，抽滤得到滤饼，并采用去离子水洗涤滤饼5次后，待用；
S3、将S2中得到的滤饼干燥，并采用低温等离子体灰化仪低温等离子灰化处理2天，其中低温等离子灰化仪的功率为70W，温度为40℃，真空度为0.9mbar，制备得到水滑石。
实施例9
一种以煤粉为模板制备水滑石的方法，包括如下步骤：
S1、将浓度为1mol/L的Mg(NO3)2与Fe(NO3)3按照3:1的摩尔比混合，得到混合溶液，待用；
S2、将S1中的混合溶液与150目～200目的煤粉混合，其中，煤粉与可溶性的三价金属盐的质量比为w＝6，得到反应液；然后一边剧烈搅拌反应液，一边向反应液中滴加30％的氨水，至反应液的pH为11为止；最后，在75℃的环境下，静置15天，抽滤得到滤饼，并采用去离子水洗涤滤饼5次后，待用；
S3、将S2中得到的滤饼干燥，并采用低温等离子体灰化仪低温等离子灰化处理3天，其中低温等离子灰化仪的功率为80W，温度为40℃，真空度为1mbar，制备得到水滑石。
实施例10
一种以煤粉为模板制备水滑石的方法，包括如下步骤：
S1、将浓度为0.02mol/L的Mg(NO3)2和0.02mol/L的Zn(NO3)2与Al(NO3)3按照n(Zn2 +):n(Mg2+):n(Al2+)＝1:2:1的摩尔比混合，得到混合溶液，待用；
S2、将S1中的混合溶液与150目～200目的煤粉混合，其中，煤粉与可溶性的三价金属盐的质量比为w＝1.2，得到反应液；然后一边剧烈搅拌反应液，一边向反应液中滴加30％的氨水，至反应液的pH为10为止；最后，在75℃的环境下，静置15天，抽滤得到滤饼，并采用去离子水洗涤滤饼5次后，待用；
S3、将S2中得到的滤饼干燥，并采用低温等离子体灰化仪低温等离子灰化处理3天，其中低温等离子灰化仪的功率为80W，温度为40℃，真空度为1mbar，制备得到水滑石。
实施例11
一种以煤粉为模板制备水滑石的方法，包括如下步骤：
S1、将浓度为1mol/L的Mg(NO3)2和0.02mol/L的Zn(NO3)2与Al(NO3)3按照n(Zn2+):n(Mg2+):n(Al2+)＝1:2:1的摩尔比混合，得到混合溶液，待用；
S2、将S1中的混合溶液与150目～200目的煤粉混合，其中，煤粉与可溶性的三价金属盐的质量比为w＝2.4，得到反应液；然后一边剧烈搅拌反应液，一边向反应液中滴加1mol/L的NaOH溶液，至反应液的pH为10为止；最后，在75℃的环境下，静置15天，抽滤得到滤饼，并采用去离子水洗涤滤饼5次后，待用；
S3、将S2中得到的滤饼干燥，并采用低温等离子体灰化仪低温等离子灰化处理3天，其中低温等离子灰化仪的功率为80W，温度为40℃，真空度为1mbar，制备得到水滑石。
实施例12
一种以煤粉为模板制备水滑石的方法，包括如下步骤：
S1、将浓度为1mol/L的Mg(NO3)2和1mol/L的Zn(NO3)2与Al(NO3)3按照n(Zn2+):n(Mg2 +):n(Al2+)＝1:2:1的摩尔比混合，得到混合溶液，待用；
S2、将S1中的混合溶液与150目～200目的煤粉混合，其中，煤粉与可溶性的三价金属盐的质量比为w＝3.6，得到反应液；然后一边剧烈搅拌反应液，一边向反应液中滴加1mol/L的NaOH溶液，至反应液的pH为10为止；最后，在75℃的环境下，静置15天，抽滤得到滤饼，并采用去离子水洗涤滤饼5次后，待用；
S3、将S2中得到的滤饼干燥，并采用低温等离子体灰化仪低温等离子灰化处理3天，其中低温等离子灰化仪的功率为80W，温度为40℃，真空度为1mbar，制备得到水滑石。
实施例13
一种以煤粉为模板制备水滑石的方法，包括如下步骤：
S1、将浓度为2mol/L的Mg(NO3)2和1mol/L的Zn(NO3)2与Al(NO3)3按照n(Zn2+):n(Mg2 +):n(Al2+)＝1:2:1的摩尔比混合，得到混合溶液，待用；
S2、将S1中的混合溶液与150目～200目的煤粉混合，其中，煤粉与可溶性的三价金属盐的质量比为w＝4.8，得到反应液；然后一边剧烈搅拌反应液，一边向反应液中滴加1mol/L的NaOH溶液，至反应液的pH为10为止；最后，在75℃的环境下，静置15天，抽滤得到滤饼，并采用去离子水洗涤滤饼5次后，待用；
S3、将S2中得到的滤饼干燥，并采用低温等离子体灰化仪低温等离子灰化处理3天，其中低温等离子灰化仪的功率为80W，温度为40℃，真空度为1mbar，制备得到水滑石。
实施例14
一种以煤粉为模板制备水滑石的方法，包括如下步骤：
S1、将浓度为2mol/L的Mg(NO3)2和2mol/L的Zn(NO3)2与Fe(NO3)3按照n(Zn2+):n(Mg2 +):n(Fe2+)＝1:2:1的摩尔比混合，得到混合溶液，待用；
S2、将S1中的混合溶液与150目～200目的煤粉混合，其中，煤粉与可溶性的三价金属盐的质量比为w＝4.8，得到反应液；然后一边剧烈搅拌反应液，一边向反应液中滴加1mol/L的NaOH溶液，至反应液的pH为10为止；最后，在75℃的环境下，静置15天，抽滤得到滤饼，并采用去离子水洗涤滤饼5次后，待用；
S3、将S2中得到的滤饼干燥，并采用低温等离子体灰化仪低温等离子灰化处理3天，其中低温等离子灰化仪的功率为80W，温度为40℃，真空度为1mbar，制备得到水滑石。
实施例1～14和对比例的投料情况以及实验条件表1：
表1实施例1～14和对比例的投料情况以及实验条件
注释：
(1)煤盐比为煤粉与三价金属盐的质量比。
(2)其中R指的是Zn2+、Mg2+和三价金属(Al3+或Fe3+)的摩尔比n(Zn2+):n(Mg2+):n(Al3+或Fe3+)＝1:2:1。
为了进一步的确定通过本发明的制备方法制备的水滑石的形貌特点，本发明对实施例1～14制备的水滑石的形貌进行了表征，分别以实施例10～13为例，分别通过XRD和SEM分别对实施例10～13制备得到的水滑石进行了表征，结果如下：
如图1为煤盐比(w)对水滑石(LDHs)的XRD谱图的影响，其中(a)为神府煤的XRD谱图，(b)为煤盐比w＝0，即对比例的XRD谱图，(c)为煤盐比w＝1.2，即实施例10的XRD谱图，(d)为煤盐比w＝2.4，即实施例11的XRD谱图，(e)为煤盐比w＝3.6，即实施例12的XRD谱图，(f)为煤盐比w＝4.8，即实施例13的XRD谱图。比较图1(a)与(b～f)可以发现，随着煤盐比(w)的增加，所得LDHs均在11.36°、23.12°、34.64°处出现LDHs层状结构的(003)、(006)和(009)晶面的特征衍射峰。2θ在26.64°及29.40°处由煤中矿物质SiO2和Al2O3引起的肩峰逐渐升高，由LDHs引起的晶面衍射峰强度却逐渐降低，说明了神府煤降低LDHs的结晶度，并延长了其形成完整晶型所需的晶化时间。
如图2是不同煤盐比所得Zn/Mg/Al-LDHs的SEM谱图，其中(a)为煤盐比w＝0，即对比例的SEM图；(b)为煤盐比w＝1.2，即实施例10的SEM图；(c)为煤盐比w＝2.4，即实施例11的SEM图；(d)为煤盐比w＝3.6，即实施例12的SEM图。由图可知，产品表面呈现纳米圆片状形貌特征。随着煤量的增加，即煤粉比w增加，所得Zn/Mg/Al-LDHs层板的团聚现象逐渐消失，纳米层板取向倾向于垂直于表面。EDX数据分析结果表明，煤盐比为1.2，2.4，3.6时，Zn/Mg/Al-LDHs的金属离子n(Zn2+)/n(Mg2+)/n(Al3+)的实际比例分别为1.65:2.70:1，1.39:2.29:1，1.46:2.28:1。这相对于原溶液中的比例(n(Zn2+)/n(Mg2+)/n(Al3+)＝1:2:1)显著不同。这是由于神府煤大分子中的羧基官能团对锌镁铝离子的选择性络合作用，改变了LDHs生长环境中金属离子浓度比例，并改变LDHs晶体的生长方向。神府煤对LDHs的自组装过程有明显的导向作用。
综上所述，本发明的有益效果是：
(1)本发明以煤粉为模板生长水滑石，在制备过程中，不需要提供其他辅助条件，例如不需要提供导向剂完成水滑石的成核和生长过程，仅仅以煤丰富的微/纳米尺寸孔道结构以及酸性官能团为基础，就能有效制备出表面呈现纳米圆片状形貌特征的水滑石。
(2)本发明的制备方法有效的将煤的非能源利用与水滑石的制备相结合，提高了煤的非能源利用效率；这种水滑石的制备方法简单，原料廉价易得，从而使这种制备方法具有广阔的应用前景。
以上公开的仅为本发明的较佳实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种以煤粉为模板制备水滑石的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将浓度为0.02mol/L～2mol/L的二价金属的可溶性盐溶液与三价金属的可溶性盐溶液按照2～4:1的摩尔比混合，得到混合溶液，待用；
S2、将S1中的混合溶液与150目～200目的煤粉混合，得到反应液，其中，煤粉与可溶性的三价金属盐的质量比为w，0﹤w﹤6；然后调节反应液的pH至8～11；最后，在50℃～90℃的环境下，静置1～15天，抽滤得到滤饼，并洗涤滤饼3～5次后，待用；
S3、将S2中得到的滤饼干燥，并采用低温等离子灰化仪低温等离子灰化处理1～3天，其中低温等离子灰化仪的功率为40W～80W，温度为25℃～40℃，真空度为0.5mbar～1.0mbar，制备得到水滑石。
2.如权利要求1所述的一种以煤粉为模板制备水滑石的方法，其特征在于，所述二价金属为Mg2+或Zn2+中的一种或两种，所述三价金属离子是Al3+或Fe3+中的一种。
3.如权利要求1所述的一种以煤粉为模板制备水滑石的方法，其特征在于，所述S2中采用1mol/L的NaOH溶液、30％的氨水溶液或1mol/L的碳酸铵溶液中的一种调节反应液的pH。
4.如权利要求1所述的一种以煤粉为模板制备水滑石的方法，其特征在于，所述低温等离子灰化处理中所用的等离子是由介质阻挡放电所得。
5.如权利要求1所述的一种以煤粉为模板制备水滑石的方法，其特征在于，所述煤粉为神府煤。
6.如权利要求1所述的一种以煤粉为模板制备水滑石的方法，其特征在于，所述S2中采用去离子水洗涤滤饼。
CN201810103377.8A 2018-02-01 2018-02-01 一种以煤粉为模板制备水滑石的方法 Pending CN108002414A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810103377.8A CN108002414A (zh) 2018-02-01 2018-02-01 一种以煤粉为模板制备水滑石的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810103377.8A CN108002414A (zh) 2018-02-01 2018-02-01 一种以煤粉为模板制备水滑石的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108002414A true CN108002414A (zh) 2018-05-08

Family

ID=62066638

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810103377.8A Pending CN108002414A (zh) 2018-02-01 2018-02-01 一种以煤粉为模板制备水滑石的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108002414A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110376347A (zh) * 2019-07-12 2019-10-25 太原理工大学 一种煤的研究模型及其构建方法
CN111115667A (zh) * 2020-01-02 2020-05-08 陕西科技大学 一种以生物大分子为模板生长水滑石的方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102344132A (zh) * 2011-07-08 2012-02-08 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种逐层减薄石墨烯的方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102344132A (zh) * 2011-07-08 2012-02-08 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种逐层减薄石墨烯的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘博等: "神府煤/ZnMgAl-LDHs复合材料的制备及组成结构研究", 《材料导报B:研究篇》 *
刘博等: "锌镁铝类水滑石/煤复合材料协同阻燃乙烯-醋酸乙烯酯共聚物", 《高分子材料科学与工程》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110376347A (zh) * 2019-07-12 2019-10-25 太原理工大学 一种煤的研究模型及其构建方法
CN111115667A (zh) * 2020-01-02 2020-05-08 陕西科技大学 一种以生物大分子为模板生长水滑石的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Majumdar et al. Recent advancements of copper oxide based nanomaterials for supercapacitor applications
Qin et al. Spinel ferrites (MFe2O4): Synthesis, improvement and catalytic application in environment and energy field
Lee et al. Hierarchical microspheres based on α-Ni (OH) 2 nanosheets intercalated with different anions: synthesis, anion exchange, and effect of intercalated anions on electrochemical capacitance
CN107604381B (zh) 铁基层状双金属氢氧化物纳米薄膜材料、制备方法及其应用
Liang et al. Hydrothermal continuous flow synthesis and exfoliation of NiCo layered double hydroxide nanosheets for enhanced oxygen evolution catalysis
Du et al. Hexagonal tin disulfide nanoplatelets: A new photocatalyst driven by solar light
Ren et al. From three‐dimensional flower‐like α‐Ni (OH) 2 nanostructures to hierarchical porous NiO nanoflowers: microwave‐assisted fabrication and supercapacitor properties
Shao et al. Hydrothermal synthesis of hierarchical nanocolumns of cobalt hydroxide and cobalt oxide
Zhao et al. From solid-state metal alkoxides to nanostructured oxides: a precursor-directed synthetic route to functional inorganic nanomaterials
Tarutani et al. Single-nanometer-sized low-valence metal hydroxide crystals: Synthesis via epoxide-mediated alkalinization and assembly toward functional mesoporous materials
Liu et al. Mesocrystals of rutile TiO2: Mesoscale transformation, crystallization, and growth by a biologic molecules-assisted hydrothermal process
Duan et al. Recent progress on preparation and applications of layered double hydroxides
CN102992306A (zh) 高比表面积多级孔石墨化碳及其制备方法
Guo et al. Single-crystalline organic–inorganic layered cobalt hydroxide nanofibers: facile synthesis, characterization, and reversible water-induced structural conversion
CN105154950A (zh) 一种层状金属复合氢氧化物的制备方法
Zhang et al. Ferroelectric polarization effect on the photocatalytic activity of Bi0. 9Ca0. 1FeO3/CdS S-scheme nanocomposites
Han et al. Research progresses in the preparation of Co-based catalyst derived from Co-MOFs and application in the catalytic oxidation reaction
Yin et al. Controlled synthesis of hollow α-Fe2O3 microspheres assembled with ionic liquid for enhanced visible-light photocatalytic activity
Xu et al. BiOCl-based photocatalysts: Synthesis methods, structure, property, application, and perspective
CN103227322A (zh) 一种四元锂离子电池正极材料及制备方法
CN104860357A (zh) 单分散的纳米片和/或纳米环及其制备和应用
Liu et al. Biopolymer-assisted construction and gas-sensing study of uniform solid and hollow ZnSn (OH) 6 spheres
CN105478078A (zh) 一种高分散磁性石墨烯纳米吸附剂的制备方法及其应用
CN108452813A (zh) 一种MoS2/SrFe12O19复合磁性光催化剂的制备方法
CN108002414A (zh) 一种以煤粉为模板制备水滑石的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180508