CN109467109B - 一种形貌可控的镁铝纳米水滑石及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种形貌可控的镁铝纳米水滑石及其制备方法，其技术方案的要点是，通过调节原料的配比，以及PH值与产物的晶化时间，在常温常压的条件下，形成对镁铝纳米水滑石结构的调控。本发明提出了一种操作极为简单，条件温和，产率高，纯度高的制备镁铝纳米水滑石的新方法，制备得到的镁铝纳米水滑石形貌可控为花苞状，并且可通过晶化时间的改变实现对花苞状水滑石尺寸大小的控制，制备得到的镁铝纳米水滑石性质稳定，易保存，使水滑石的表面积大幅度增大，能更有效地应用于污水处理等领域。

Description

一种形貌可控的镁铝纳米水滑石及其制备方法
技术领域
本发明属于纳米材料领域，具体涉及一种形貌可控的镁铝纳米水滑石及其制备方法。
背景技术
水滑石型化合物又称双金属氢氧化物(简称LDHs)，是由二价和三价金属阳离子组成的层状晶体结构的混合金属氢氧化物。水滑石的化学通式为[M2+ 1－x M3+ x(OH)2]x+(An－)x/n·mH2O，其中M2+为二价金属离子，如：Mg2+、Ca2+、Zn2+等，M3+为三价金属元素，如Al3+，Cr3+，Fe3+，Co3+等，而An－为层板间的阴离子。它的结构非常类似于水镁石Mg(OH)2。水镁石基本构造单元是镁氧八面体,八面体的中央是M+,6个顶角是OH一。相邻八面体间靠共用边相互联接形成二维延伸的配位八面体结构,其单元晶层称为水镁石片。
水滑石常见的制备方法是：共沉淀法、尿素水解法、水热法、溶胶凝胶法、微波辐射法、离子交换法以及溶剂热法。水滑石是一类重要的无机材料，由于其特殊的阴离子型层状结构，从而使之具有碱性、层板上阳离子具有可调配性、层间阴离子具有可交换性，除此之外，还具有结构记忆效应和吸附性能等。在催化剂、离子交换与吸附、医药、功能高分子材料、阻燃添加剂及造纸等方面具有巨大的应用潜力。被广泛应用于催化，吸附，离子交换，材料合成，日用化工，超导和环境保护等方面。但通常由于合成方法、合成条件以及原料配比不同，得到的水滑石在性质、形貌等方面也存在差异。
目前虽然针对水滑石合成的研究较多，但是大都制备方法都存在制备条件较为苛刻，制备工艺较为复杂等问题，以水热法或是尿素水解法进行的合成反应则要求温度至少在100℃以上，甚至要求在氮气保护或是高压下反应，或是需要制备反应前驱体，或是在软模板或形貌调控的诱导下进行，这些苛刻的制备条件对水滑石的制备与应用造成了很大的限制。
水滑石是层状化合物，在不改性的前提下，呈现堆积的片状形态，而且水滑石层板富含羟基，具有极强的亲水疏油性，与非极性的高分子材料之间相容性不好。研究人员的重点一般集中于水滑石的形貌上，如球状类水滑石和棒状类水滑石等，但是这样只能防止水滑石的团聚，并不能解决与高分子材料的相容性问题。如果能控制水滑石尺寸的大小，增大其比表面积，使可用于改性的位点增加，就可以改善与高分子材料的表面亲和性。水滑石的片状结构较易得到，也相对容易改性、分散，但是如何在较为简单的制备条件下得到纯度较高的其他形貌可控、粒径大小可控的水滑石是研究人员所要解决的问题。
发明内容
针对现有技术的不足和存在的问题，本发明的目的是提供一种形貌可控的镁铝纳米水滑石的制备方法，具体包括以下步骤：
1)水滑石的制备：
a.按摩尔比为1：2～4秤取偏铝酸钠和无水氯化镁，分别溶于40ml去离子水中，得到氯化镁水溶液和偏铝酸钠水溶液，备用；
b.称取一定质量的碳酸钠，溶于步骤a中偏铝酸钠水溶液中，备用；
c.秤取硬脂酸钠0.5～2g溶于100ml去离子水中，转移到三颈烧瓶中，并在40℃～90℃的恒温水浴锅中搅拌溶解；
d.分别将步骤a中的氯化镁水溶液和步骤b制备的溶液加入恒压滴液漏斗中，插入步骤c中的三颈烧瓶，调整步骤b制备的溶液的滴速为0.5～5滴/秒，将反应溶液的pH控制在8～10；
e.待反应物滴加结束后，密封，搅拌反应1～6个小时；
2)水滑石的晶化：待步骤1)反应结束后在常温下晶化0～24小时；
3)水滑石的洗涤：待步骤2)水滑石晶化完成后，去离子水洗涤1～5次至滤液pH值为7.0，然后用95％乙醇溶液洗涤1～5次；
4)水滑石的干燥：待步骤3)水滑石洗涤结束后，将样品放置于真空干燥箱进行干燥，干燥时间为0.5～24h，然后研细即得该纳米水滑石。
进一步地，所述步骤1)水滑石的制备a中偏铝酸钠和无水氯化镁的摩尔比为1:3。
进一步地，所述步骤2)水滑石的晶化时间为4h。
另外本发明还提供了一种通过上述的一种形貌可控的镁铝纳米水滑石的制备方法所制备的镁铝纳米水滑石。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明提出了一种操作极为简单，条件温和，产率高，纯度高的制备镁铝纳米水滑石的新方法；
(2)制备得到的镁铝纳米水滑石形貌可控为花苞状，并且可通过晶化时间的改变实现对花苞状水滑石尺寸大小的控制，实现了对其粒径大小的可控，如晶化时间3-0.5小时，花苞状颗粒尺寸可从1000nm变化到200nm，可使水滑石的表面积大幅度增大，能够更有效地应用于污水处理等领域；
(3)制备得到的镁铝纳米水滑石性质稳定，易保存。
附图说明
图1：尺寸为200nm的水滑石扫描电镜图(SEM)；
图2：尺寸在500nm的水滑石扫描电镜图(SEM)；
图3：尺寸在1um的水滑石扫描电镜图(SEM)；
图4：尺寸在2um的水滑石扫描电镜图(SEM)；
图5：实施例1制备的水滑石的X射线衍射图(XRD)；
图6：实施例1制备的水滑石的红外光谱图。
具体实施方法：
下面将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的一部分，而不是发明的全部。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 一种形貌可控的镁铝纳米水滑石的制备方法及检测
实验原料：偏铝酸钠，无水氯化镁，碳酸钠，硬脂酸钠，分析纯，均为市售；
实验设备：恒速电动搅拌器，电热恒温水浴锅，真空干燥箱，扫描电镜；
镁铝纳米水滑石制备过程：首先，称取0.82g偏铝酸钠和2.11g无水氯化镁，使其摩尔比为1：3，然后分别溶于40ml的去离子水中，得到氯化镁水溶液和偏铝酸钠水溶液备用；再称取2.84g的碳酸钠，溶于已经配置好的40ml偏铝酸钠水溶液中备用；然后，设定恒温水浴锅的温度为80℃，搅拌器转速为500转/min。在500ml的三颈烧瓶中，加入100ml的去离子水，并称取2.0g的硬脂酸钠，倒入三颈烧瓶中，在恒温水浴锅中固定，打开搅拌器，进行搅拌并使硬脂酸钠在水中溶解；分别将偏铝酸钠水溶液和氯化镁水溶液倒入100ml的恒压滴液漏斗中，然后插入三颈烧瓶中，滴速为1滴/秒，滴加过程中调整偏铝酸钠溶液的滴速，将三颈烧瓶中反应溶液的pH控制在8～10；反应物滴加结束后，用玻璃塞密封，反应120min；反应完成后，停止搅拌器和恒温水浴锅，在常温下晶化4h；晶化结束后，用250ml的抽滤瓶和布氏漏斗进行洗涤，水洗三次左右，直到滤液pH值为7.0，然后用乙醇洗涤。最后，将样品放置于80℃的真空干燥箱进行干燥，干燥24小时。然后用研钵研细，做测试备用。
图1到图4所示为制备得到的镁铝纳米水滑石的扫描电镜图片，分别为粒径200nm、500nm、1um以及2um的水滑石，从图4可以看出花苞状结构的样品大范围分散于图片中，并且形状均一。图5是该纳米水滑石的X射线衍射图，可以观察到水滑石的特征峰003(11.3),006(22.7),009(34.6)的出现；图6是该纳米水滑石的红外光谱图，3430cm-1处的宽吸收峰是水滑石层间水的羟基伸缩振动峰，1363cm-1是CO3 2-的振动峰，400-900cm-1是水滑石结构的金属氧键振动峰，证明成功制备了纳米水滑石材料。

Claims (3)

1.一种形貌可控的镁铝纳米水滑石的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)水滑石的制备：
a.按摩尔比为1：2～4秤取偏铝酸钠和无水氯化镁，分别溶于40ml去离子水中，得到氯化镁水溶液和偏铝酸钠水溶液，备用；
b.称取一定质量的碳酸钠，溶于步骤a中偏铝酸钠水溶液中，备用；
c.秤取硬脂酸钠0.5～2g溶于100ml去离子水中，转移到三颈烧瓶中，并在40℃～90℃的恒温水浴锅中搅拌溶解；
d.分别将步骤a中的氯化镁水溶液和步骤b制备的溶液加入恒压滴液漏斗中，插入步骤c中的三颈烧瓶，调整步骤b制备的溶液的滴速为0.5～5滴/秒，将反应溶液的pH控制在8～10；
e.待反应物滴加结束后，密封，搅拌反应1～6个小时；
2)水滑石的晶化：待步骤1)反应结束后在常温下晶化0～24小时；
3)水滑石的洗涤：待步骤2)水滑石晶化完成后，去离子水洗涤1～5次至滤液pH值为7.0，然后用95％乙醇溶液洗涤1～5次；
4)水滑石的干燥：待步骤3)水滑石洗涤结束后，将样品放置于真空干燥箱进行干燥，干燥时间为0.5～24h，然后研细即得该纳米水滑石。
2.如权利要求1所述的一种形貌可控的镁铝纳米水滑石的制备方法，其特征在于，所述步骤1)水滑石的制备a中偏铝酸钠和无水氯化镁的摩尔比为1:3。
3.如权利要求1所述的一种形貌可控的镁铝纳米水滑石的制备方法，其特征在于，所述步骤2)水滑石的晶化时间为4h。
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