CN108689418B - 一种层状类水滑石粉体的制备方法 - Google Patents

一种层状类水滑石粉体的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种层状类水滑石粉体的制备方法，具体步骤包括将盐酸二价盐和盐酸三价盐配置成溶液，加入碱溶液，得到胶体，在高温高压下晶化，取出得到类水滑石粉体溶液；将粉体溶液送入分级旋液分离器，调转速获得一定粒径的类水滑石颗粒溶液；将类水滑石颗粒溶液进行气体分散和热气流与微波加热干燥雾化，获得高分散度粉体；将粉体送入多级旋风分离器，调流速，在不同旋风分离器底部得到不同粒径的类水滑石粉体。本发明采用气体分散干燥法，克服了普通蒸发干燥层状类水滑石粉体的堆叠或团聚或粉碎的缺陷，制备了高表面积、高分散度粉体，且可以通过调控负压实现低温自动进料干燥，同样适用于热敏性物质，本发明制备工艺简单、应用广泛。

Description

一种层状类水滑石粉体的制备方法
技术领域
本发明涉及类水滑石(LDHs)生产领域，更具体的说是涉及一种层状类水滑石粉体的制备方法。
背景技术
水滑石是一种具有层状结构的阴离子型层状化合物，层间离子具有可交换性。因为其特殊的层状结构及物理化学性质，水滑石及其改性后的类水滑石在离子交换,吸附,传导,分离和催化等领域占有重要的作用，近年来人们进一步发现了它们在医药中的作用，例如作为消化道的抗酸、抗溃疡药，作为抗菌剂和消炎剂等，具有十分广阔的应用前景。
现有技术中，类水滑石的制备方法通常包括共沉淀法、焙烧复原法、水热合成法、离子交换法等，但由于类水滑石具有特殊的层状结构，一般都是用制备的水滑石经普通的蒸发干燥制备的,在干燥过程中,易于堆叠或团聚，制备的比表面积只有60-120m2/g,难以制备高细粒的粉体。
焙烧复原法是将生成的类水滑石在空气中焙烧至一定的温度,生成层状双金属氧化物。将其加入到含有所需有机阴离子溶液进行反应,会发生LDHs的层状结构重建而形成新结构的LDHs。然后,将所得产物过滤、水洗、干燥,得到目标产物,该方法是建立在LDHs的记忆效应之上的。此方法去除了与有机阴离子竞争插层的金属盐无机阴离子,但样品容易出现晶相不单一或者晶形不好的现象。
水热合成法是以含有构成LDHs层板金属离子的难溶性氧化物或氢氧化物为原料,在高温、高压下水热处理得到LDHs。此法使类水滑石的成核和晶化过程分开,使其更好的结晶,并通过对晶化温度和晶化时间调节,可以有效控制晶相结构及晶粒尺寸,大大缩短了类水滑石的合成时间。水热合成法同样存在产物晶体尺寸分布宽及难以控制的问题,并且由于盐和碱分子碰撞几率更小,成核数量少且产物晶粒尺寸更大。
离子交换法当构成LDHs层板的金属阳离子在碱性介质中不能稳定存在,或者当层间阴离子没有可溶性的盐类时,此时采用共沉淀法无法得到所需的LDHs,可以考虑采用离子交换法来制备。此法从给定的LDH出发,在一定的条件下将目标产物的阴离子与给定的LDHs的层间阴离子交换,从而得到目标产物。对于大体积无机阴离子很难通过该法制得,但采用此法制得的LDHs纯度不高。
类水滑石材料焙烧制备的复合氧化物一般具有比表面积大，热稳定性高，活性组分分布均匀，可抑制烧结等特点，目前已在氧化还原，酸碱催化等反应中表现出优异的催化性能，从而引起人们广泛的关注。但是，由于层板间充满了阴离子且层板间距较小，所以在催化过程中反应物无法进入层间，而无法使类水滑石所有层板面都充分被利用。
为了制备类水滑石固体的粉体,以上制备类水滑石的方法基本都是用蒸发干燥的方法制备的.此方法易发生团聚和堆叠,难以制备高表面积和高分散的类水滑石粉体。为了得到高表面积和小颗粒的粉体，普遍采用机械粉碎的方法。此种方法费时费力，而且效率低，效果难以满足当前工业化的需要。
因此，针对现有技术的不足，如何提供一种层状类水滑石高细粒粉末的制备方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是解决类水滑石片易于堆叠或团聚，导致难以制备高细粒的片状粉体的问题，提供了一种层状类水滑石粉体的制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种层状类水滑石粉体的制备方法，包括以下步骤：
(1)将盐酸二价盐和盐酸三价盐配置成溶液，加入碱溶液，混合得到胶体，在高温高压下晶化后取出，得到层状类水滑石粉体溶液；
(2)将步骤(1)中所述的溶液送入分级旋液分离器，通过调控流速，制备不同粒径的类水滑石颗粒溶液；
(3)将步骤(2)中所述的类水滑石颗粒溶液进行气体分散和热气流与微波加热干燥，获得高表面积和高分散度的粉体；
(4)将步骤(3)中所述的高表面积和高分散度粉体送入多级旋风分离器，通过逐级调控流速，在不同的旋风分离器底部得到不同粒径的类水滑石粉体。
采用上述技术方案，本发明的有益效果如下：
在高温高压下晶化，可以使类水滑石的结晶度更好，其晶形较好，晶粒较大，而且晶化时间较短；
然后使用分级旋液分离器可以高效均匀的分离出各种所需粒径的溶液；
再使用气体分散和热气流与微波加热干燥，将物料通过雾化器，聚化成雾状微粒与热空气接触面积大，短时间完成干燥，且可以直接干燥成粉末，克服了类水滑石粉体的堆叠或团聚，便于制备高细粒的片状粉体。
优选的，所述步骤(2)中分级旋液分离器中不符合所需粒径的固体再返回粉碎系统，重新粉碎，循环操作，从而实现了物料循环，节约不浪费。
优选的，所述步骤(1)中盐酸二价盐是指氯化镁、氯化铁、氯化镍、氯化铜、氯化钴，盐酸三价盐是指氯化铝、氯化铬；所述盐酸二价盐和盐酸三价盐还可替换为硝酸盐、溴酸盐、碘酸盐和氟酸盐。
优选的，所述步骤(1)中盐酸二价盐与盐酸三价盐比例为2:0.1-2，盐离子浓度0.01-10mmol/L，所述碱溶液的浓度为0.01-1mol/L。
优选的，所述步骤(2)中类水滑石颗粒溶液的浓度为0.001-10g/m l；粉碎溶液的流速为5-50m/s。
采用上述优选技术方案，通过控制流速进而控制溶液在旋液分离器中环形流动的流速，可以高效、均匀的分离出所需粒径的类水滑石颗粒溶液。
优选的，所述步骤(2)中的所述分级旋风分离器可以在不同位置的侧壁安装出口,同时得到不同粒径的类水滑石粉体溶液。
采用上述优选技术方案，可以同时获得所需的多种粒径的类水滑石粉体溶液，提高了分级旋液分离器的分离效率。
优选的，所述步骤(3)中的气体分散和热气流与微波加热干燥，具体过程为：
首先，将类水滑石颗粒溶液，通过冷空气分散，在空气中分散物料料浆，然后混合加入温度在200-500度热空气，进入微波加热干燥室；
然后，再进行微波加热干燥，在120-420度的温度下干燥雾化，进入连续的五级旋风分离器，在不同的旋风分离器底部得到不同粒径的类水滑石粉体产品。
采用上述优选技术方案，将物料料浆进行分散后，再进行高温干燥，物料颗粒与热空气接触面积大，干燥过程非常迅速，且直接干燥成粉末，阻止了层状类水滑石粉体的堆叠或团聚，可以制备高细粒的片状粉体，该方法同样可以适用于其他层状材料。
优选的，所述步骤(3)中，通过调控气流的高速流动调控负压，进而实现低温自动进料干燥。
采用上述优选技术方案的有益效果在于：低温可以使该方法适用于热敏性物质，其解决了热敏性物料遇热不稳定的问题，扩大了本发明的应用范围。
优选的，所述步骤(1)中，所述碱溶液包括但不限于氢氧化钾、氢氧化钠、氨水中的一种或多种组合。
采用上述优选技术方案的有益效果在于：该方法简单，可操作性强，易于实现规模化生产。
与现有技术相比，本方法具有的有益效果如下:
1)效率高:与普通的蒸发方法相比较,本方法胶体溶液可以直接干燥,时间短,效率高；
2)高比表面积的粉体:防止了堆叠,同时通过微波加热从内部快速水分气化,利于粉体内部孔的保留,从原理控制比表面积,本方法高效；
3)产品量大:通过第一步旋风分离,把大粒径的粉体,再粉碎,循环利用,高效的降低了低比表面积产品的数量,提高了产品质量；
4)产品多样化:通过多个旋风分离器,连续出不同粒径的产品；
5)工艺简单，无废弃物排放，满足绿色化工的要求。
综上所述，本发明克服了层状类水滑石粉体的堆叠或团聚，实现了连续性高细粒粉体的制备，且可以通过调控负压实现低温自动进料干燥，同样适用于热敏性物质，本发明制备方法工艺简单、可操作性强、应用广泛。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明一种层状类水滑石粉体制备方法的流程图；
图2为本发明制备的水滑石和普通蒸发方法制备的水滑石XRD图；
图3为采用普通方法制备的水滑石样品图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
本发明实施例1公开了一种层状类水滑石粉体制备方法，包括以下步骤：
(1)将离子浓度0.01mol/L的比例为2:1的氯化镁和氯化铝，配置成溶液,加入氢氧化钠溶液，混合得到胶体，离心洗涤，在高温高压下晶化后取出,得到层状类水滑石粉体溶液；
(2)将步骤(1)中所述的粉体溶液送入分级旋液分离器，该旋液分离器顶部和底部各设置一个出口，串联3个，调控转速，控制产品粒径，使最后一级出口的粒径控制在800-1500目；
将各旋液分离器底部流出的不符合所需粒径的粉体溶液再返回粉碎系统，重新粉碎，循环操作；
从旋液分离器的顶部中心出口获得800-1500目的类水滑石颗粒溶液，控制浓度均为0.001g/ml；
(3)将步骤(2)类水滑石颗粒溶液分别通过冷空气分散，在空气中分散物料料浆，然后混合加入300度的热空气，进入微波加热干燥室，进行1500W微波加热干燥，物料在400度的温度下干燥雾化，分别获得1300-1400目、1200-1300目、1400-1500目的高分散度粉体；
(4)将步骤(3)中所述的1200-1300目的高分散度粉体送入五级旋风分离器，调控第一级的流速为20m/s,第二级的流速为21m/s,第三级的流速为22m/s,第四级的流速为23m/s,第五级的流速为24m/s；
将步骤(3)中所述的1300-1400目的高分散度粉体送入五级旋风分离器，调控第一级的流速为15m/s,第二级的流速为16m/s,第三级的流速为17m/s,第四级的流速为18m/s,第五级的流速为19m/s；
将步骤(3)中所述的1400-1500目的高分散度粉体送入五级旋风分离器，调控第一级的流速为10m/s,第二级的流速为11m/s,第三级的流速为12m/s,第四级的流速为13m/s,第五级的流速为14m/s。平均比表面积分别为：328m2/g。
实施例2：
本发明实施例2公开了一种层状类水滑石粉体制备方法，包括以下步骤：
(1)将离子浓度0.05mol/L的比例为2:1的硝酸镁和硝酸铝，配置成溶液,加入氨水，混合得到胶体，在高温高压下晶化后取出,得到层状类水滑石粉体溶液；
(2)将步骤(1)中所述的粉碎溶液送入分级旋液分离器，该旋液分离器的侧壁上距离底部的1/3和2/3高度处以及顶部和底部各设置一个出口，调控转速，使得粉碎溶液的流速为30m/s。将旋液分离器底部流出的不符合所需粒径的粉体溶液再返回粉碎系统，重新粉碎，循环操作；从旋液分离器的顶部中心出口获得1100-1200目的类水滑石颗粒溶液，从侧壁上距离底部的1/3高度处获得900-1000目的类水滑石颗粒溶液，从侧壁上距离底部的2/3高度处获得1000-1100目的类水滑石颗粒溶液。上述获得的所有类水滑石颗粒溶液的的浓度均为0.05g/ml；
(3)将步骤(2)中所述的各粒径范围的类水滑石颗粒溶液分别通过冷空气分散，在空气中分散物料料浆，然后混合加入200-500度的热空气，进入微波加热干燥室，进行微波加热干燥，物料在120-420度的温度下干燥雾化，分别获得1000-1100目、1100-1200目、900-1000目的高分散度粉体；
(4)将步骤(3)中所述的1100-1200目的高分散度粉体送入五级旋风分离器，调控第一级的流速为15m/s,第二级的流速为20m/s,第三级的流速为25m/s,第四级的流速为30m/s,第五级的流速为35m/s；
将步骤(3)中所述的1000-1100目的高分散度粉体送入五级旋风分离器，调控第一级的流速为15m/s,第二级的流速为20m/s,第三级的流速为25m/s,第四级的流速为30m/s,第五级的流速为35m/s；
将步骤(3)中所述的900-1000目的高分散度粉体送入五级旋风分离器，调控第一级的流速为20m/s,第二级的流速为25m/s,第三级的流速为30m/s,第四级的流速为35m/s,第五级的流速为40m/s，在不同的旋风分离器底部得到不同粒径的类水滑石粉体。平均比表面积分别为：383m2/g。
实施例3：
本发明实施例3公开了一种层状类水滑石粉体制备方法，包括以下步骤：
(1)将离子浓度0.01mol/L的比例为1:1的硝酸钴和硝酸铝，配置成溶液,加入碱溶液，混合得到胶体,在高温高压下晶化后取出,得到层状类水滑石粉体溶液；
(2)将步骤(1)中所述的粉碎溶液送入分级旋液分离器，该旋液分离器的侧壁上距离底部的1/3和2/3高度处以及顶部和底部各设置一个出口，调控转速，使得粉碎溶液的流速为50m/s。将旋液分离器底部流出的不符合所需粒径的粉体溶液再返回粉碎系统，重新粉碎，循环操作；从旋液分离器的顶部中心出口获得800-900目的类水滑石颗粒溶液，从侧壁上距离底部的1/3高度处获得600-700目的类水滑石颗粒溶液，从侧壁上距离底部的2/3高度处获得700-800目的类水滑石颗粒溶液。上述获得的所有类水滑石颗粒溶液的的浓度均为0.001g/ml；
(3)将步骤(2)中所述的各粒径范围的类水滑石颗粒溶液分别通过冷空气分散，在空气中分散物料料浆，然后混合加入200-500度的热空气，进入微波加热干燥室，进行微波加热干燥，物料在120-420度的温度下干燥雾化，分别获得600-700目、700-800目、800-900目的高分散度粉体；
(4)将步骤(3)中所述的800-900目的高分散度粉体送入五级旋风分离器，调控第一级的流速为10m/s,第二级的流速为10m/s,第三级的流速为15m/s,第四级的流速为20m/s,第五级的流速为25m/s；
将步骤(3)中所述的700-800目的高分散度粉体送入五级旋风分离器，调控第一级的流速为15m/s,第二级的流速为20m/s,第三级的流速为25m/s,第四级的流速为30m/s,第五级的流速为35m/s；
将步骤(3)中所述的600-700目的高分散度粉体送入五级旋风分离器，调控第一级的流速为20m/s,第二级的流速为25m/s,第三级的流速为30m/s,第四级的流速为35m/s,第五级的流速为40m/s；在不同的旋风分离器底部得到不同粒径的类水滑石粉体。平均比表面积分别为：316m2/g。
本发明实施例的有益效果在于：本发明制备方法将物料聚化成雾粒，与热空气接触面积大，干燥速度快，克服了2D类水滑石超细粉体的堆叠或团聚，实现了连续性高细粒粉体的制备，可推广至其他层状材料的使用。
实施例4：
本发明实施例4公开了一种层状类水滑石粉体制备方法，包括以下步骤：
(1)将离子浓度7mol/L的比例为10:1的硝酸二价盐和硝酸三价盐，配置成溶液,加入碱溶液，混合得到胶体,在高温高压下晶化后取出,得到层状类水滑石(LDHs)粉体溶液；
(2)将步骤(1)中所述的粉碎溶液送入分级旋液分离器，该旋液分离器的侧壁上距离底部的1/3和2/3高度处以及顶部和底部各设置一个出口，调控转速，使得粉碎溶液的流速为25m/s。将旋液分离器底部流出的不符合所需粒径的粉体溶液再返回粉碎系统，重新粉碎，循环操作；从旋液分离器的顶部中心出口获得700-800目的类水滑石颗粒溶液，从侧壁上距离底部的1/3高度处获得500-600目的类水滑石颗粒溶液，从侧壁上距离底部的2/3高度处获得600-700目的类水滑石颗粒溶液。上述获得的所有类水滑石颗粒溶液的的浓度均为0.02g/ml；
(3)将步骤(2)中所述的700-800目、500-600目、600-700的类水滑石颗粒溶液分别通过调控气流的高速流动调控负压，实现低温自动进料干燥。平均比表面积分别为：121m2/g。
实施例5：
此实施例为对比例，包括以下步骤：
(1)将离子浓度0.03mol/L的比例为2:1的硝酸镍和硝酸铝，配置成溶液,加入碱溶液，混合得到胶体,在高温高压下晶化后取出,得到层状类水滑石(LDHs)粉体溶液；
(2)在所述步骤(1)中的粉碎溶液，过滤得到类水滑石固体，加水反复洗涤类水滑石固体三次，滤去溶液，晾干，得到类水滑石粉体。平均比表面积分别为：76m2/g。
本发明实施例通过调控负压实现低温自动进料干燥，低温可以防止热敏性物质遇热变质，所以本发明制备方法可适用于热敏性物质。
为了进一步证明本发明制备的层状类水滑石和现有技术中普通制备得到的不同，发明人通过对各实施例的比表面积进行对比(比表面是指多孔固体物质单位质量所具有的表面积。由于固体物质外表面积相对内表面积而言很小，基本可以忽略不计，因此比表面积通常指内表面积。常用单位为平方米/克。不同固体物质比表面差别很大，通常用作吸附剂、脱水剂和催化剂的固体物质比表面积较大。)详见下表：
Figure BDA0001744837360000111
图2为本发明中制备的水滑石和普通蒸发方法制备的水滑石XRD图，
图3为采用普通方法制备的水滑石样品图；在图2中，位于上方的是采用本方法实施例1制备的水滑石，位于下方的是采用实施例5普通方法制备的水滑石，由两图对比可知：采用本方法制备的水滑石并没有改变产品的晶体结构，保持了水滑石的结构和性能。
综上所述，本发明制备方法实现了连续性高细粒粉体的制备，可推广至其他层状材料的使用，且通过调控负压实现低温自动进料干燥，可适用于热敏性物质，本发明制备方法工艺简单、可操作性强、应用广泛。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种层状类水滑石粉体的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将盐酸二价盐和盐酸三价盐配置成溶液，加入碱溶液，混合得到胶体,经离心分离洗涤，胶体再分散后，在高温高压下晶化后取出，得到层状类水滑石粉体溶液；
(2)将步骤(1)中所述的溶液送入分级旋液分离器，通过调控流速，各分级旋液分离器底部流出不同粒径的粉碎溶液，分级旋液分离器中不符合所需粒径的固体再返回粉碎系统，重新粉碎，循环操作，最终制备不同粒径的类水滑石颗粒溶液；
(3)将步骤(2)中所述的类水滑石颗粒溶液进行气体分散和热气流与微波加热干燥，获得高表面积和高分散度的粉体，具体过程为：
首先，将类水滑石颗粒溶液，通过冷空气分散，在空气中分散物料料浆，然后混合加入温度在200-500度热空气，进入微波加热干燥室；
然后，再进行微波加热干燥，在120-140度的温度下干燥雾化，进入连续的五级旋风分离器，在不同的旋风分离器底部得到不同粒径的类水滑石粉体产品；
(4)将步骤(3)中所述的高表面积和高分散度粉体送入多级旋风分离器，通过逐级调控流速，在不同的旋风分离器底部得到不同粒径的类水滑石粉体，在最后一级旋风分离器加介电除尘装置。
2.根据权利要求1所述的一种层状类水滑石粉体的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中盐酸二价盐是指氯化镁、氯化铁、氯化镍、氯化铜、氯化钴中的一种，盐酸三价盐是指氯化铝、氯化铬中的一种；所述盐酸二价盐和盐酸三价盐还可替换为硝酸盐、溴酸盐、碘酸盐和氟酸盐。
3.根据权利要求1所述的一种层状类水滑石粉体的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中所述盐酸二价盐与盐酸三价盐的摩尔比的比值为2:0.2-2，盐离子浓度0.01-10mmol/L，所述碱溶液的浓度为0.01-1mol/L。
4.根据权利要求1所述的一种层状类水滑石粉体的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中类水滑石颗粒溶液的浓度为0.001-10g/mL；所述粉碎溶液的流速为5-50m/s。
5.根据权利要求1中所述的一种层状类水滑石粉体的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的所述分级旋液分离器可以在不同位置的侧壁安装出口,同时得到不同粒径的类水滑石粉体溶液。
6.根据权利要求1中所述的一种层状类水滑石粉体的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，通过调控气流的高速流动调控负压，进而实现低温自动进料干燥。
7.根据权利要求1中所述的一种层状类水滑石粉体的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述碱溶液包括氢氧化钾、氢氧化钠、氨水中的一种或多种组合。
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