CN111498876B - 导向剂的制备方法和镁铝水滑石的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了导向剂的制备方法和镁铝水滑石的制备方法，所述导向剂的制备方法包括：将碳源、镁盐和铝盐配制成混合溶液，并调整溶液pH至碱性，进行反应，获得第一混合溶液；所述碳源中的C和所述镁盐中的Mg和所述铝盐中的Al质量比为0.13～0.31:1.33～2.67:1；将所述第一混合溶液在120～200℃温度下进行晶化，获得导向剂。通过控制碳、铝和镁的摩尔配比，制备出具有镁铝水滑石层状结构的导向剂，可以使镁铝水滑石的合成不偏离目标，晶型发育完善，且合成时间短，效率高，操作简单，无污染，对环境友好。

Description

导向剂的制备方法和镁铝水滑石的制备方法

技术领域

本发明属于镁铝水滑石制备技术领域，具体涉及导向剂的制备方法和镁铝水滑石的制备方法。

背景技术

镁铝水滑石是一种阴离子层板型结构的无机材料，可以作为阻燃、吸附、离子交换、催化等用途。其理想的化学组成是Mg₆Al₂(OH)₁₆CO₃·4H₂O，结构类似于水镁石Mg(OH)₂。正是由于水滑石结构特殊，用领域广泛，是当前研究的热点，提出了多种合成方法，其中，共沉淀法是制备水滑石类化合物最常用的方法，而共沉淀法中的恒定pH值法因保持pH稳定从而得到单一晶相的镁铝水滑石，而得到广泛应用。但恒定pH值法反应时间长，结晶度不高，粒度小等问题限制了制备工艺的发展。因此，研究出了一种新兴的合成方法，即模板合成法。

目前，模板合成法都是采用自组装的有机物作为导向剂，使得无机矿物生长成具有一定的形状、尺寸、取向和结构的水滑石。

申请公布号为CN 107416873 A的专利申请公开了一种结构稳定型柱撑镁铝水滑石的制备方法，采用二茂镍和二氯二甲基硅烷合成的有机物作为导向剂，对铝源溶液和镁源溶液进行改性。

申请公布号为CN 107099104 A的专利申请公开了一种导向剂法合成镁铝水滑石的方法，采用十二烷基苯磺酸与铝源溶液和镁源溶液作用，制备镁铝水滑石。

这些模板合成法都是采用有机物作为导向剂或者改性剂，二茂镍、二氯二甲基丸和十二烷基苯磺酸均为剧毒或者会放出有毒气体的有机物，亟需一种全新的替代方案，解决有机物有毒，污染环境的问题。

发明内容

本发明提供了导向剂的制备方法和镁铝水滑石的制备方法，以解决现有技术中，采用有机物作为导向剂制备镁铝水滑石，因有机物有毒造成的污染环境的问题。

本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

第一方面，本发明实施例提供了一种导向剂的制备方法，所述方法包括：

将碳源、镁盐和铝盐配制成混合溶液，并调整溶液pH至碱性，进行反应，获得第一混合溶液；所述碳源中的C和所述镁盐中的Mg和所述铝盐中的Al质量比为0.13～0.31:1.33～2.67:1；

将所述第一混合溶液在120～200℃温度下进行晶化，获得导向剂。

进一步地，所述将碳源、镁盐和铝盐配制成混合溶液，并调整溶液pH至碱性，进行反应，获得第一混合溶液；所述碳源中的C和所述镁盐中的Mg和所述铝盐中的Al质量比为0.13～0.31:1.33～2.67:1，包括，

将碳源和铝酸盐配制成混合溶液，并调整pH为碱性，获得第二混合溶液；所述碳源中的C和所述铝酸盐中的Al质量比为0.13～0.31:1；

将镁盐溶液与所述第二混合溶液分别以5～40mL/min的体积流速同时加入溶剂中并搅拌，进行反应，获得第一混合溶液；所述镁盐溶液中的Mg与所述第二溶液中的Al的质量比为1.33～2.67：1。

进一步地，所述将碳源、镁盐和铝盐配制成混合溶液，并调整溶液pH至碱性，进行反应，获得第一混合溶液；所述碳源中的C、所述镁盐中的Mg和所述铝盐中的Al质量比为0.13～0.31:1.33～2.67:1，包括，

将碳源和碱液配制成pH为碱性的第三混合溶液；

将镁盐和酸性铝盐配制成第四混合溶液；所述镁盐中的Mg与所述酸性铝盐中的Al的质量比为1.33～2.67:1；

将所述第三混合溶液和所述第四混合溶液分别以5～40mL/min的体积流速同时加入溶剂中混合并搅拌，进行反应，获得第一混合溶液；所述第三混合溶液中的C与所述第四混合溶液的Al质量比为0.13～0.31:1。

进一步地，所述溶剂温度为20～60℃，所述搅拌时间为30～120min。

进一步地，所述pH值为9～11。

进一步地，所述晶化压强为0.1～1.4MPa，所述晶化时间为8～24h。

第二方面，本发明实施例提供了一种镁铝水滑石的制备方法，采用上述的导向剂制备方法获得的导向剂进行制备，所述方法包括，

将所述导向剂、镁盐、铝盐和碳源配制成混合溶液，并调整pH至碱性，进行反应，获得第五混合溶液；所述导向剂、所述镁盐中的Mg、所述铝盐中的Al和所述碳源中的C的质量比为0.03～0.12:1.78～3.56:1:0.29～0.55；

将所述第五混合溶液在140～200℃的温度下进行晶化，获得镁铝水滑石。

进一步地，所述将所述导向剂、镁盐、铝盐和碳源配制成混合溶液，并调整pH至碱性，进行反应，获得第五混合溶液；所述导向剂、所述镁盐中的Mg、所述铝盐中的Al和所述碳源中的C的质量比为0.03～0.12:1.78～3.56:1:0.29～0.55，包括，

将铝酸盐和碳源配制成pH为9～11的第六混合溶液；所述铝酸盐中的Al与所述碳源中的C的质量比为1：0.29～0.55；将所述导向剂、镁盐溶液和第六混合溶液同时加入溶剂中搅拌40～120min，进行反应，获得第五混合溶液；所述导向剂、所述镁盐溶液中的Mg和所述第六混合溶液中的Al的质量比值为0.03～0.12:1.78～3.56:1。

进一步地，所述将所述导向剂、镁盐、铝盐和碳源配制成混合溶液，并调整pH至碱性，进行反应，获得第五混合溶液；所述导向剂、所述镁盐中的Mg、所述铝盐中的Al和所述碳源中的C的质量比为0.03～0.12:1.78～3.56:1:0.29～0.55，包括，

将镁盐和酸性铝盐配制成第七混合溶液；所述镁盐中的Mg与所述酸性铝盐中的Al的质量比为1.78～3.56:1；

将碳源溶液调节pH至7～9，获得第八混合溶液；

将所述导向剂、所述第七混合溶液和所述第八混合溶液同时加入溶剂中搅拌40～120min，进行反应，获得第五混合溶液；所述导向剂、所述第七混合溶液中的Al和所述第八混合溶液中的C质量比值为0.03～0.12:1:0.29～0.55。

进一步地，所述晶化压强为0.2～1.4MPa，所述晶化时间为8～48h。

本发明提供了导向剂的制备方法和镁铝水滑石的制备方法，采用铝盐、碳源、镁盐和溶剂混合并调整pH至碱性，同时控制C、Al和Mg的配比，在特定温度下晶化后获得极其微小晶核尺寸80～100nm的具有镁铝水滑石层状结构的导向剂，这些层状结构在制备镁铝水滑石的过程中，可以提供形核点，可以加速晶体迅速生长，引导合成体系不偏离合成目标，晶化速率快，效率高；操作简单，结晶度高，发育好；导向剂的纯度为99％以上，且为无机材料，无毒无污染，不会产生有毒气体，对环境友好。导向剂的微观形貌更细，其晶核具有镁铝水滑石的层板结构。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例镁铝水滑石制备方法示意图；

图2为本发明实施例的导向剂的X光谱图；

图3为本发明实施例的导向剂的扫描电镜图片；

图4到图6为本发明实施例的镁铝水滑石的X光谱图；

图7到图10为本发明实施例的镁铝水滑石的扫描电镜照片；

图11为对比例1合成的镁铝水滑石的扫描电镜照片。

具体实施方式

下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。

在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

本申请中“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”、“第七”、“第八”不表示顺序，可以理解为名词。

本发明实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种导向剂的制备方法，所述方法包括：

S1，将碳源、镁盐和铝盐配制成混合溶液，并调整溶液pH至碱性，进行反应，获得第一混合溶液；所述碳源中的C和所述镁盐中的Mg和所述铝盐中的Al质量比为0.13～0.31:1.33～2.67:1。

控制反应溶液中Mg、Al和C的配比，生成具有极微小晶核，类镁铝水滑石层状结构的导向剂，这种特殊的晶体结构，为镁铝水滑石提供了形核点，加速了晶体的生长，且其层状结构保证了长大过程不偏离目标产品。C与Al的质量比过大，导向剂中生成碳酸镁杂质。C与Al的质量比过小，插层反应难以进行，导向剂难以起到导向合成作用。Mg与Al的质量比过大或过小，会使水滑石的合成偏离目标，甚至不能生成水滑石。

本申请中碳源包括但不限于如下任意一种：碳酸钾、碳酸钠。镁盐包括但不限于如下任意一种：氯化镁、硫酸镁、硝酸镁。铝盐包括但不限于如下任意一种：铝酸钠、铝酸钾、氯化铝、硫酸铝、硝酸铝；其中，下述的铝酸盐包括但不限于如下任意一种：铝酸钠、铝酸钾，酸性盐包括但不限于氯化铝、硫酸铝、硝酸铝。

进一步的，所述将碳源、镁盐和铝盐配制成混合溶液，并调整溶液pH至碱性，进行反应，获得第一混合溶液；所述碳源中的C和所述镁盐中的Mg和所述铝盐中的Al质量比为0.13～0.31:1.33～2.67:1，包括，

将碳源和铝酸盐配制成混合溶液，并调整pH为碱性，获得第二混合溶液；所述碳源中的C和所述铝酸盐中的Al质量比为0.13～0.31:1；

将镁盐溶液与所述第二混合溶液分别以5～40mL/min的体积流速同时加入溶剂中并搅拌，进行反应，获得第一混合溶液；所述镁盐溶液中的Mg与所述第二溶液中的Al的质量比为1.33～2.67：1。

将碱性盐和酸性盐分别配制后，再并流，同时控制流速，保证中和反应均匀，反应速度适中，使料浆充分浆化，高度分散。体积流速过大，会使中和反应过快，析出非常细小的颗粒，无法长大。这种细小的颗粒过滤后无法留下。体积流速过小，会使中和反应慢，效率低。镁盐溶液和第二混合溶液的体积比为0.9～1.1:1，优选体积比为1:1。

本申请中铝酸盐包括但不限于以下任意一种：铝酸钠、铝酸钾。

进一步地，所述将碳源、镁盐和铝盐配制成混合溶液，并调整溶液pH至碱性，进行反应，获得第一混合溶液；所述碳源中的C、所述镁盐中的Mg和所述铝盐中的Al质量比为0.13～0.31:1.33～2.67:1，包括，

将碳源和碱液配制成pH为碱性的第三混合溶液；

将镁盐和酸性铝盐配制成第四混合溶液；所述镁盐中的Mg与所述酸性铝盐中的Al的质量比为1.33～2.67:1；

将所述第三混合溶液和所述第四混合溶液分别以5～40mL/min的体积流速同时加入的溶剂中混合并搅拌，进行反应，获得第一混合溶液；所述第三混合溶液中的C与所述第四混合溶液的Al质量比为0.13～0.31:1。

控制流速，保证中和反应均匀，反应速度适中，使料浆充分浆化，高度分散。体积流速过大，会使中和反应过快，析出非常细小的颗粒，无法长大。这种细小的颗粒过滤后无法留下。体积流速过小，会使中和反应慢，效率低。控制第三混合溶液与第四混合溶液的体积比为0.9～1.1:1，优选体积比为1:1，使二者体积接近，以便混合打浆更均匀。由于硫酸铝、氯化铝和硝酸铝均为酸性盐，而镁盐多为酸性盐，酸性盐之间无法发生反应，因此，把不反应的铝盐和镁盐先混合，然后将调整pH后呈碱性的碳源与金属盐溶液同时加入溶剂中，进行并流浆化，反应均匀，其导向剂具有良好的活性，镁铝水滑石的合成效果好。

进一步地，所述溶剂温度为20～60℃，所述搅拌时间为30～120min。

控制溶剂的温度和搅拌，可以进一步的保证反应均匀，反应速度适中，使浆料充分浆化，高度分散。温度过高，会使中和反应过快，析出非常细小的颗粒，无法长大。温度过低，会使中和反应慢，效率低。搅拌速率为300～600r/min，可以使混合液快速均匀，如搅拌速度过慢，混合液中局部区域浓度过高，中和反应快，颗粒细小

进一步地，所述pH值为9～11。

在该pH值下，反应物之间反应良好，如果pH过低，反应物之间难以反应，反应不完全；如果pH值过高，会生成氢氧化镁胶体，形成杂质。

S2，将所述第一混合溶液在120～200℃的温度下进行晶化，获得导向剂。

进一步地，所述晶化压强为0.1～1.4MPa，所述晶化时间为8～24h。

控制晶化温度、压力和时间，在中和反应形成的晶核上进行第二次生长发育，修复晶面，形成具有极其微小晶核的层状结构的导向剂。晶化温度过低，晶化时间过短，导向剂晶核未得到充分生长，细碎分散；导向晶化温度过高，晶化时间过长，导向剂晶核生长过大，吸附力不足，也不能在后续反应中起导向作用。晶化温度优选120～140℃。

晶化结束后，先降温，然后过滤和洗涤，获得导向剂。

采用上述的导向剂的制备方法制得导向剂为镁铝水滑石产品前驱体，具有导向合成作用；与镁铝水滑石比较，导向剂的微观形貌更细，晶核尺寸80～100nm，其晶核结构同样为层板结构。导向剂在扫描电镜下观察晶貌呈现出小粒径圆饼状，作为前体，多个片层纳米级晶核可作为镁铝水滑石的形核点，并在此形核点上快速长大，同时由于该导向剂的晶体结构与镁铝水滑石类似，不会偏离晶化目标。导向剂的化学式为Mg₆Al₂CO₃(OH)₁₆·4H₂O导向剂经过洗涤后仍然含有少量的碱金属离子，其纯度为99％以上。

第二方面，本发明实施例提供了一种镁铝水滑石的制备方法，添加上述方法制备的导向剂制成，包括，

S1，将所述导向剂、镁盐、铝盐和碳源配制成混合溶液，并调整pH至碱性，进行反应，获得第五混合溶液；所述导向剂、所述镁盐中的Mg、所述铝盐中的Al和所述碳源中的C的质量比为0.03～0.12:1.78～3.56:1:0.29～0.55。

导向剂在加入前，先加水打浆乳化，使H₂O/Al₂O₃的摩尔比为20～80，300～600r/min速率下搅拌1～2h，再与镁盐溶液和混合溶液混合。加入特定比例的导向剂，导向剂的层状结构晶核提供了形核点，加速了形核速率，同时层状结构引导合成体系不偏离合成目标，且合成时间短，结晶度高。导向剂加入量过多，可以增加晶化速率，但是会造成导向剂浪费；导向剂加入量过少，一方面会降低晶化速率，另一方面会降低镁铝水滑石的产率。

进一步地，结合图1，所述将所述导向剂、镁盐、铝盐和碳源配制成混合溶液，并调整pH至碱性，进行反应，获得第五混合溶液；所述导向剂、所述镁盐中的Mg、所述铝盐中的Al和所述碳源中的C的质量比为0.03～0.12:1.78～3.56:1:0.29～0.55，包括，

将铝酸盐和碳源配制成pH为9～11的第六混合溶液；所述铝酸盐中的Al与所述碳源中的C的质量比为1：0.29～0.55；

将所述导向剂、镁盐溶液和第六混合溶液同时加入溶剂中搅拌40～120min，进行反应，获得第五混合溶液；所述导向剂、所述镁盐溶液中的Mg和所述第六混合溶液中的Al的质量比值为0.03～0.12:1.78～3.56:1。

Al与C的质量比过大，插层反应难以进行，得到氢氧化铝和氢氧化镁混合物，Al与C的质量比值过小，生成杂质碳酸镁，减少产量，降低纯度。

进一步地，结合图2，所述将所述导向剂、镁盐、铝盐和碳源配制成混合溶液，并调整pH至碱性，进行反应，获得第五混合溶液；所述导向剂、所述镁盐中的Mg、所述铝盐中的Al和所述碳源中的C的质量比为0.03～0.12:1.78～3.56:1:0.29～0.55，包括，

将镁盐和酸性铝盐配制成第七混合溶液；所述镁盐中的Mg与所述酸性铝盐中的Al的质量比为1.78～3.56:1；

将碳源溶液调节pH至7～9，获得第八混合溶液；

将所述导向剂、所述第七混合溶液和所述第八混合溶液同时加入溶剂中搅拌40～120min，进行反应，获得第五混合溶液；所述导向剂、所述第七混合溶液中的Al和所述第八混合溶液中的C质量比值为0.03～0.12:1:0.29～0.55。

尽量使第八混合溶液中的H₂O/Al₂O₃摩尔比控制为40～100，这样既可以保证合成目标，还可以减少干燥成本。

S2，将所述第五混合溶液在140～200℃的温度下进行晶化，获得镁铝水滑石。

进一步地，所述晶化压强为0.2～1.4MPa，所述晶化时间为8～48h。

晶化温度过高，会产生杂质；晶化温度过低，会降低晶化速率。晶化温度优选140～160℃；晶化时间优选12～24h。

晶化后要保温12～24h，再进行过滤，获得滤饼；采用蒸馏水洗涤滤饼至pH为6.5～7.5，再在50℃温度下干燥，获得镁铝水滑石。

采用上述的添加导向剂制备镁铝水滑石，其晶核直径为300～700nm，晶貌发育良好，呈小圆饼状规则分布。镁铝水滑石化学式为Mg₆Al₂CO₃(OH)₁₆·4H₂O，符合目标预期。

本申请中所用溶剂均为去离子水。

本发明至少具有如下优点：

(1)在水热合成镁铝水滑石过程中，加入具有导向活性的导向剂，导向剂含有极微小的具有一定晶体结构的晶核，可以加速晶体迅速生长和不偏离目的产品，可有效缩短晶化时间，放宽了原料配比范围，减少了操作难度，提高了产出率，合成过程不产生环境污染。

(2)本申请合成的镁铝水滑石结晶度高，晶形发育完善；

(3)本合成工艺中Al及Mg元素沉淀充分，母液中含量极低，采用氯化镁做镁源木业主要为氯化钠，经处理可以作为氯碱原料再利用。

(4)现有工艺线可以提供铝酸钠作为原料，进一步降低原料成本。

(5)本发明合成的镁铝水滑石纯度高，重金属含量为7.8～9.3ppm。

(6)本方法所用原料均为无毒无机盐类，对环境友好。

下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请的导向剂及制备方法、添加导向剂制备镁铝水滑石的方法及镁铝水滑石进行详细说明。

实施例1

实施例1提供了一种的制备方法，配制浓度为80g/l的碳酸钠溶液120ml，90g/L的氯化镁溶液320ml，氧化铝浓度为50g/l且pH为9的铝酸钠溶液200ml，将配制好的碳酸钠溶液、氯化镁溶液和铝酸钠溶液混合，同时以500r/min的速率搅拌120min，发生反应，获得混合溶液，将混合溶液在180℃下加压到0.6MPa晶化18小时，取出后降温过滤，并洗涤滤饼，获得导向剂。

实施例2

实施例2提供了一种导向剂的制备方法，首先配制浓度为70g/l的碳酸钠溶液120ml，氧化铝浓度为40g/l且pH值为10的铝酸钠溶液200ml，将碳酸钠溶液和铝酸钠溶液混合，获得碱性混合溶液；配制浓度为80g/l的氯化镁溶液320ml。将碱性混合溶液和氯化镁溶液同时以25mL/min的速率加入到温度为35℃处于搅拌状态的去离子水中，同时在400r/min的速率搅拌80min，然后在0.6MPa的压强和170℃的温度下晶化20h。晶化结束后，取出降温，过滤、洗涤滤饼，获得导向剂。

实施例3

实施例3提供了一种导向剂的制备方法，首先将向碳酸钠溶液中加入氢氧化钠溶液调整pH至10，获得碳酸钠浓度为8g/l的碱性混合溶液，将配制好的浓度为50g/l的氯化镁溶液120ml和浓度为30g/l的氯化铝溶液100ml混合，获得金属混合盐溶液。将碱性混合溶液和金属混合盐溶液分别以15mL/min的速率同时加入到温度为25℃处于搅拌状态的去离子水中，然后在400r/min的速率搅拌50min后在0.6MPa压强和190℃温度下晶化10h。晶化结束后，取出降温，过滤、洗涤滤饼，获得导向剂。

实施例4

实施例4提供了一种导向剂的制备方法，首先将向碳酸钾溶液中加入氢氧化钠溶液调整pH至10，获得碳酸钾浓度为8g/l的碱性混合溶液，将配制好的浓度为100g/l的硝酸镁溶液100ml和浓度为55g/l的硝酸铝溶液120ml混合，获得金属混合盐溶液。将碱性混合溶液和金属混合盐溶液分别以35mL/min的速率加入到温度为45℃处于搅拌状态的去离子水中，其中，硫酸镁溶液与碱性溶液体积比值为1，然后在500r/min的速率搅拌60min后在0.8MPa的压强和180℃的温度下晶化21h。晶化结束后，取出降温，过滤、洗涤滤饼，获得导向剂。

实施例5

实施例5提供了一种导向剂的制备方法，本实施例以实施例4为参照，将碳酸钾替换为碳酸钠，将硝酸镁替换为硫酸镁，将硝酸铝替换为硫酸铝。

实施例6

实施例6提供了一种导向剂的制备方法，首先配制浓度为50g/l的碳酸钾溶液100ml，氧化铝浓度为40g/l且pH值为10的铝酸钾溶液100ml，将碳酸钾溶液和铝酸钾溶液混合，获得碱性混合溶液；配制浓度为100g/l的氯化镁溶液200ml。将碱性混合溶液和氯化镁溶液同时以25mL/min的速率加入到温度为35℃处于搅拌状态的去离子水中，同时在400r/min的速率搅拌80min，然后在0.6MPa的压强和170℃的温度下晶化20h。晶化结束后，取出降温，过滤、洗涤滤饼，获得导向剂。

实施例7

实施例7提供了一种镁铝水滑石的制备方法，采用实施例1制备的导向剂制备镁铝水滑石。首先量取浓度为250g/l的氯化镁溶液160ml，加蒸馏水120ml稀释，获得溶液甲；量取200ml Al₂O₃的浓度为50g/l铝酸钠溶液(α_K＝4)，加浓度为180g/l碳酸钠溶液80ml，调配成溶液乙。在搅拌状态下将20ml浓度为25g/l的的导向剂溶液加入到370ml水中，再同时加入溶液甲和溶液乙，强烈搅拌60分钟，移入高压釜中。封釜提温到150℃，1MPa压强下晶化，保温22小时，晶化末了卸压出料，过滤洗涤，样品在50℃烘干，则得镁铝水滑石。

实施例8

实施例8提供了一种镁铝水滑石的制备方法，采用实施例4制备的导向剂来制备镁铝水滑石。首先，量取浓度为250g/l硝酸铝溶液100ml，浓度为500g/l的硝酸镁溶液100ml，将硝酸镁溶液和硝酸铝混合，调配成溶液甲；量取200ml碳酸钾溶液，加入氢氧化剂调整pH值为10，调整成溶液乙，其中碳酸钾的浓度为90g/l。在搅拌状态下将20ml浓度为15g/l的导向剂溶液加入到310ml水中，再同时加入溶液甲和溶液乙，强烈搅拌90分钟，移入高压釜中。封釜提温到150℃和压力1MPa压强下进行晶化，保温30小时，晶化末了卸压出料，过滤洗涤，样品在50℃烘干，则得镁铝水滑石。

实施例9

实施例9提供了一种镁铝水滑石的制备方法，采用实施例5制备的导向剂来制备镁铝水滑石。首先配制浓度为600g/l硫酸镁溶液100ml，配制浓度为250g/l的硫酸铝溶液100ml，将硫酸镁溶液和硫酸铝溶液混合，获得溶液甲。向碳酸钠溶液中加入氢氧化钠配制成碳酸钠浓度为80g/l的溶液乙200ml。在搅拌状态下将30ml浓度为10g/l的的导向剂加入到370ml水中，再同时加入溶液甲和溶液乙，强烈搅拌60分钟，移入高压釜中。封釜提温到150℃，10kg压力下晶化，保温22小时，晶化末了卸压出料，过滤洗涤，样品在50℃烘干，则得镁铝水滑石。

实施例10

实施例10提供了一种镁铝水滑石的制备方法，采用实施例6制备的导向剂制备镁铝水滑石。首先将浓度为180g/l的碳酸钠溶液100ml与氧化铝浓度为50g/l的铝酸钾溶液(α_K＝4)混合，得溶液甲，配制浓度为200g/l的氯化镁溶液300ml。在搅拌状态下将20ml浓度为10g/l的导向剂加入到370ml水中，再同时加入溶液甲和氯化镁溶液，强烈搅拌60分钟，移入高压釜中。封釜提温到150℃，10kg压力下晶化，保温22小时，晶化末了卸压出料，过滤洗涤，样品在50℃烘干，则得镁铝水滑石。

对比例1

对比例1提供了一种镁铝水滑石的制备方法。按质量比1:5，将二茂镍添加至正己烷中，获得基体液；按质量比1:3，将四甲基乙二胺添加至基体液中，获得混合液，按体积比1:1，将2mol/L氨基锂正己烷溶液滴加至混合液中，待滴加完成后搅拌24h，过滤得到滤饼，用正己烷洗涤滤饼5次后，真空干燥碾磨得到粉末；按重量份计，将50份乙醚、50份四甲基乙二胺、15份粉末和3份二氯二甲基硅烷置于三口烧瓶中，搅拌混合并置于-35℃下反应3h，随后静置升温至室温后陈华12h，过滤得到滤渣，用乙醚冲洗滤渣4次后，真空冷冻干燥并升华，获得结晶体；按照质量比1:8，将结晶体与四氢呋喃搅拌混合，再按照质量比为1:100，将2mol/L氨基锂正己烷溶液滴加至结晶体和四氢呋喃的混合液中，搅拌1h，获得聚合混合液；按质量比1:20，将聚合混合液滴加至正己烷溶液中，静置陈化并过滤得滤饼，将滤饼置于50℃下真空干燥8h，碾磨得改性粉末。

将硝酸镁、硝酸铝和去离子水混合搅拌，调节pH至10，得混合基体液；在120min内将改性粉末溶于去离子水获得的改性溶液滴加至混合基体液中，在氮气气氛下，80℃水浴加热24h，静置冷却至室温，滴加冰醋酸至pH至7.0，过滤得滤饼，真空冷冻干燥，获得镁铝水滑石。

对比例2

对比例2提供了一种导向剂的制备方法，其C：Mg：Al的质量比大于本申请保护范围的最大值，其晶化温度大于本申请保护范围的最大值。对比例2以实施例1为参照，将氧化铝的浓度由50g/l替换为10g/l，晶化温度为400℃，其余不变。

对比例3

对比例3提供了一种导向剂的制备方法，其C：Mg：Al的质量比小于本申请保护范围的最小值，晶化温度小于本申请保护范围的最小值。以实施例1为参照，将氧化铝的浓度由50g/l替换为150g/l，晶化温度为50℃，其余与实施例相同。

实施例1到实施例6，对比例2和对比例3制备的导向剂采用XRD分析仪检测，获得X光谱图，典型光谱图如图2所示，采用扫描电镜观察微观形貌，典型微观形貌如图3所示。导向剂的尺寸、化学组成、微观形貌和纯度如表1所示。

对实施例7到实施例10，对比例1制备的镁铝水滑石进行包括粒径、水份、灼烧失重、重金属、和比表面积的性能检测，结果如表2所示。对实施例7到实施例10制备的镁铝水滑石采用XRD分析仪检测，获得X光谱图，典型光谱图如图4到图6所示；采用扫描电镜进行观察，如图7到图10所示。对对比例1的镁铝水滑石采用扫描电镜进行观察，如图11所示。

表1

表2

导向剂和镁铝水滑石的性能分析

(1)导向剂性能分析：

根据表1中实施例1到实施例6制备的导向剂数据可知，导向剂粒度为83～98nm，根据图3可知，其在微观状态下呈现出小粒径圆饼状，作为前体，对镁铝水滑石的形成有利。其纯度最高可达99.6％。

附图2-3的具体说明：

图2为本发明导向剂的X光谱图，从图2可以得知，导向剂的峰底部宽，表面粒径细小。

图3为本发明实施例导向剂的扫描电镜图片，从图3可知，导向剂的微观形貌细小，其晶核为层板结构，晶貌呈现出小粒径圆饼状，作为前体，多个片层纳米级晶核可作为镁铝水滑石的形核点，并在此形核点上快速长大，同时由于该导向剂的晶体结构与镁铝水滑石类似，不会偏离晶化目标。

从对比例2中数据可以得知，当Mg与Al的质量比过大，生成氢氧化镁和氢氧化铝混合物，未生成镁铝水滑石。

从对比例3中数据可以得知，当Mg与Al的质量比过小，生成镁铝摩尔比为2的镁铝水滑石，不是本申请的合成目标。

(2)镁铝水滑石性能分析：

根据表2中实施例7到实施例10性能参数可知，本申请制备的镁铝水滑石平均粒径为0.548～0.654μm，重金属含量为7.8～9.3ppm，比表面积为9.6～10.3m²/g。

图4到图10的具体说明：

图4到图6为本发明实施例的镁铝水滑石的X光谱图，观察图4到图6的镁铝水滑石光图谱可知，最左侧的峰值均超过17CPS，最高可达28CPS，说明镁铝水滑石晶型发育完善。

图7到图10为本发明实施例的镁铝水滑石的扫描电镜照片，观察图7到图10，可知，镁铝水滑石呈现为圆饼状，其粒径0.548～0.654μm，发育良好。

从对比例1的数据可知，采用二茂镍为原料制备的晶体作为导向剂，制备的镁铝水滑石其平均粒径为0.976μm，重金属含量为25.3ppm，均高于本申请；其表面积为7.9m²/g，小于本申请，说明本申请采用无机导向剂制备镁铝水滑石不仅解决了有机导向剂有毒的问题，还获得了比对比例1更小的粒径，更高的纯度和更高的表面积。图11为对比例1合成的镁铝水滑石的扫描电镜照片，根据图11可知，采用二茂镍制备的晶体做导向剂而得到的镁铝水滑石晶形不完善，部分未发育。

(3)导向剂和镁铝水滑石对比

观察导向剂的X光图谱(图2)和镁铝水滑石的X光图谱(图4-图6)知，相较于镁铝水滑石，导向剂的峰底部更宽，表明其粒径更小。

最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (2)

1.一种导向剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

1）：将碳源、镁盐和铝盐配制成混合溶液，并调整溶液pH至碱性，进行反应，获得第一混合溶液，所述碳源中的C和所述镁盐中的Mg和所述铝盐中的Al质量比为0.13～0.31:1.33～2.67:1；

2）：将所述第一混合溶液在120～200℃温度下进行晶化，获得导向剂；

所述晶化压强为0.1～1.4MPa，所述晶化时间为8～24h；

所述导向剂的晶核尺寸为80～100nm，其晶核结构为层板结构，晶貌呈现出小粒径圆饼状；

所述导向剂的化学式为Mg₆Al₂CO₃(OH)₁₆·4H₂O；

步骤1）中，所述将碳源、镁盐和铝盐配制成混合溶液，并调整溶液pH至碱性，进行反应，获得第一混合溶液，所述碳源中的C、所述镁盐中的Mg和所述铝盐中的Al质量比为0.13～0.31:1.33～2.67:1，包括：将碳源和铝酸盐配制成混合溶液，并调整pH为碱性，获得第二混合溶液，所述碳源中的C和所述铝酸盐中的Al质量比为0.13～0.31:1，将镁盐溶液与所述第二混合溶液分别以5～40mL/min的体积流速同时加入溶剂中并搅拌，进行反应，获得第一混合溶液，所述镁盐溶液中的Mg与所述第二混合溶液中的Al的质量比为1.33～2.67：1，镁盐溶液和第二混合溶液的体积比为0.9~1.1:1；或者，将碳源和碱液配制成pH为碱性的第三混合溶液，将镁盐和酸性铝盐配制成第四混合溶液，所述镁盐中的Mg与所述酸性铝盐中的Al的质量比为1.33～2.67:1，将所述第三混合溶液和所述第四混合溶液分别以5～40mL/min的体积流速同时加入溶剂中混合并搅拌，进行反应，获得第一混合溶液，所述第三混合溶液中的C与所述第四混合溶液的Al质量比为0.13～0.31:1，第三混合溶液与第四混合溶液的体积比为0.9~1.1:1；

所述溶剂温度为20～60℃，所述搅拌时间为30～120min；

所述pH值为9～11；

所述碳源包括但不限于如下任意一种：碳酸钾、碳酸钠；所述镁盐包括但不限于如下任意一种：氯化镁、硫酸镁、硝酸镁；所述铝酸盐包括但不限于如下任意一种：铝酸钠、铝酸钾；所述酸性铝盐包括但不限于氯化铝、硫酸铝、硝酸铝。

2.一种镁铝水滑石的制备方法，其特征在于，采用权利要求1所述的导向剂的制备方法获得的导向剂进行制备，所述方法包括以下步骤：

1）：将所述导向剂、镁盐、铝盐和碳源配制成混合溶液，并调整pH至碱性，进行反应，获得第五混合溶液，所述导向剂、所述镁盐中的Mg、所述铝盐中的Al和所述碳源中的C的质量比为0.03～0.12:1.78～3.56:1:0.29～0.55；

2）：将所述第五混合溶液在140～200℃的温度下进行晶化，获得镁铝水滑石；

所述晶化压强为0.2～1.4MPa，所述晶化时间为8～48h；

步骤1）中，所述将所述导向剂、镁盐、铝盐和碳源配制成混合溶液，并调整pH至碱性，进行反应，获得第五混合溶液，所述导向剂、所述镁盐中的Mg、所述铝盐中的Al和所述碳源中的C的质量比为0.03～0.12:1.78～3.56:1:0.29～0.55，包括：将铝酸盐和碳源配制成pH为9～11的第六混合溶液，所述铝酸盐中的Al与所述碳源中的C的质量比为1：0.29～0.55，将所述导向剂、镁盐溶液和第六混合溶液同时加入溶剂中搅拌40～120min，进行反应，获得第五混合溶液，所述导向剂、所述镁盐溶液中的Mg和所述第六混合溶液中的Al的质量比值为0.03～0.12:1.78～3.56:1；或者，将镁盐和酸性铝盐配制成第七混合溶液，所述镁盐中的Mg与所述酸性铝盐中的Al的质量比为1.78～3.56:1，将碳源溶液调节pH至7～9，获得第八混合溶液，将所述导向剂、所述第七混合溶液和所述第八混合溶液同时加入溶剂中搅拌40～120min，进行反应，获得第五混合溶液，所述导向剂、所述第七混合溶液中的Al和所述第八混合溶液中的C质量比值为0.03～0.12:1:0.29～0.55；

所述碳源包括但不限于如下任意一种：碳酸钾、碳酸钠；所述镁盐包括但不限于如下任意一种：氯化镁、硫酸镁、硝酸镁；所述铝酸盐包括但不限于如下任意一种：铝酸钠、铝酸钾；所述酸性铝盐包括但不限于氯化铝、硫酸铝、硝酸铝。

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