CN111825111B - 一种提高镁铝水滑石热稳定性的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种提高镁铝水滑石热稳定性的制备方法,以氢氧化镁和α相氢氧化铝产品为原料,经过“酸溶‑球磨‑碱沉淀‑晶化”工艺流程制备高热稳定性镁铝水滑石产品。针对传统工艺以可溶性镁盐/铝盐为原料,生产过程产生大量的含盐废水的问题,创新性地改进镁源/铝源,并设计了物理法‑化学法相结合的生产技术,制得的镁铝水滑石产品具备热稳定性高、分散性好等特点。
Description
技术领域
本发明涉及无机化工领域,具体涉及镁铝水滑石制备方法。
背景技术
镁铝水滑石(Mg6Al2(OH)16CO3·4H2O)是一种层状双金属氢氧化物,具有独特的结构与性能,如酸碱性、层间阴离子可交换性、记忆效应、热稳定性、吸附性、组成和结构的可调控性,阻燃性等,使得镁铝水滑石在催化、污水处理、医药、油漆涂料和阻燃材料等领域应用广泛。特别地,镁铝水滑石作为一种环保型阻燃剂,具有高效、无毒、低烟等优点,当前制备镁铝水滑石的方法主要有共沉淀法,水热法、离子交换法、焙烧还原法和微波辐射法等,但上述方法存在一些不足,如共沉淀法,一般采用可溶性铝盐与镁盐作为原料,制备的样品结晶度低,热稳定性不好,在105℃已开始失去结晶水,影响其在高分子材料中的应用,且团聚现象严重,未经表面活性剂改性的样品吸油量在90mL/100g以上;离子交换法对离子交换的反应条件复杂,若控制条件不当,会改变晶体的晶型,使镁铝水滑石失去特有的功能,其次对交换的离子交换能力要求高;焙烧还原法对焙烧温度要求高,需根据不同的水滑石组成选择适当的温度,若温度过高,会生成MgAl2O4尖晶石相,使结构不能重建。水热法一般是对共沉淀法制备的样品进行水热处理,可控制晶相和晶粒尺寸,提高样品的结晶度。
发明内容
针对上述方法制备镁铝水滑石结晶度低、热稳定性差、团聚程度大、生产成本高等问题,本发明提供一种提高镁铝水滑石热稳定性的制备方法,降低了废水量,提高了样品的热稳定性及分散性,降低了生产成本。
为实现上述发明目的,本发明是通过以下技术方案实现的:
一种提高镁铝水滑石热稳定性的制备方法,采用酸溶-球磨-碱沉淀-晶化工艺制备镁铝水滑石;
所述的提高镁铝水滑石热稳定性的制备方法,具体步骤如下:
(1)称取氢氧化镁与氢氧化铝原料,向混合料中加入5倍氢氧化镁样品质量的水,搅拌均匀,形成氢氧化镁与氢氧化铝混合浆料;
(2)向步骤(1)中滴加酸,65℃下搅拌混合均匀;
(3)将步骤(2)得到的样品转入球磨机中,400r/min的转速下球磨一定时间;
(4)将步骤(3)球磨得到的浆料转移至反应瓶中,搅拌,滴加碳酸钠/氢氧化钠混碱溶液,直至pH>11;
(5)将步骤(4)得到的反应溶液转移至水热合成釜中,控制温度,晶化;
(6)将晶化后得到的样品进行分离,用纯水洗涤至洗涤液pH达到7-8,干燥得到镁铝水滑石样品。
所述步骤(1)中,n(Mg(OH)2):n(Al(OH)3)=2-3:1;
步骤(1)中,所用氢氧化镁粒径D50=1.5-4μm,氢氧化铝为α-Al(OH)3,粒径D50=2-5μm;
步骤(2)中,所述酸为硝酸,盐酸,硫酸,乙酸等,优选硝酸,所用酸量为氢氧化镁摩尔量的1/2;
步骤(3)中,所述球磨时间为40-120min;
步骤(4)中,所述混碱溶液氢氧化钠与碳酸钠摩尔比为1:1;
步骤(5)中,晶化温度为150-230℃,晶化时间为16h-24h。
本发明的有益效果:
本发明所采用的“酸溶-球磨-碱沉淀-晶化”工艺制备镁铝水滑石,解决了采用铝盐与镁盐制备镁铝水滑石结晶度低,热稳定性差的问题,同时制备的样品团聚程度低,不需添加表面活性剂来提高产品的分散性,降低了生产成本。本发明通过使用酸溶解部分氢氧化镁或氢氧化铝,形成游离的Mg/Al离子。在球磨过程中,未溶解样品颗粒表面在外力碰撞下产生结构缺陷(活性位点),使得这些颗粒在后面碱沉淀过程中起到晶种作用。采用混碱对球磨浆料调节pH的过程中,Al3+先沉淀生成无定形氢氧化铝,在晶种诱导作用下,无定形氢氧化铝向α相转变,而镁离子吸附在氢氧化铝的表面。在高温高压条件下,α-Al(OH)3转变成γ-AlOOH,而吸附在γ-AlOOH表面的Mg2+进入结构内部,同时CO3-离子插层加入层间,金属阳离子与阴离子达到重排后的平衡电荷,形成高结晶度镁铝水滑石。这种高结晶度镁铝水滑石与传统工艺产品相比,晶相纯度更高,没有氢氧化铝/氢氧化镁的特征晶相。由于未溶解部分充当晶种作用,使得样品的结晶度高,且离子间发生了重排,化学键结合力增强,同时热稳定性也提高,样品1%失水温度由105℃提高到120℃以上。本发明通过创新合成手段,以氢氧化镁、氢氧化铝晶体为原料,利用高温高压下的晶相转变过程制备了高结晶度镁铝水滑石产品,提高了产品的热稳定性,并且利用镁源/铝源的晶种作用抑制了产品的团聚现象,合成过程无需添加表面活性剂来降低团聚,降低了生产成本。
附图说明
图1为实施例1的XRD图;
图2为实施例二的XRD图;
图3为实施例五的XRD图;
图4为实施例一的热重曲线图;
图5为实施例二的热重曲线图;
图6为实施例四的热重曲线图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的技术方案,以下结合具体的实施例对本发明的新方法做进一步的阐述说明,但不应将此理解为本发明所述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。
检测分析说明:
本发明的主要产品优势在于产品热稳定性高、团聚程度低(有利于加工分散),本发明实施例采用热重分析中的1%失水温度来体现产品热稳定性,以吸油量高低来反馈产品团聚程度(实验数据表明团聚程度低、分散性好的产品具备低吸油量特点);粒径采用马尔文粒径分析仪测得。
实施例1
称取氢氧化镁(D50=4.0μm)29g,氢氧化铝(D50=5.0μm)15.6g,n(Mg/Al)=2.1,加入145g的水搅拌均匀,加热至65℃,向溶液中滴加60%的硝酸26.25g,继续搅拌30min。将物料转移至球磨机中,400r/min下研磨80min,将球磨后的物料转移至反应瓶中,向反应瓶中滴加液碱与碳酸钠的混碱溶液,直至pH为12.2,继续搅拌30min,将物料转移至水热合成釜中,在230℃下晶化24h。晶化完成后,对样品进行抽滤、洗涤、干燥,得到镁铝水滑石。经检测得到的镁铝水滑石D50=650nm,样品1%失水温度为138℃,样品的吸油量为40mL/100g。
实施例2
称取氢氧化镁(D50=1.5μm)29g,氢氧化铝(D50=2μm)17g,n(Mg/Al)=2.9,加入145g的水搅拌均匀,加热至65℃,向溶液中滴加60%的硝酸26.25g,继续搅拌30min。将物料转移至球磨机中,400r/min下研磨120min,将球磨后的物料转移至反应瓶中,向反应瓶中滴加液碱与碳酸钠的混碱溶液,直至pH为11.9,继续搅拌30min,将物料转移至水热合成釜中,在150℃下晶化16h。晶化完成后,对样品进行抽滤、洗涤、干燥,得到镁铝水滑石。经检测得到的镁铝水滑石D50=450nm,样品1%失水温度为120℃,样品的吸油量为75mL/100g。
实施例3
称取氢氧化镁(D50=3μm)29g,氢氧化铝(D50=4μm)19.5g,n(Mg/Al)=2.3,加入145g的水搅拌均匀,加热至65℃,向溶液中滴加60%的硝酸26.25g,继续搅拌30min。将物料转移至球磨机中,400r/min下研磨60min,将球磨后的物料转移至反应瓶中,向反应瓶中滴加液碱与碳酸钠的混碱溶液,直至pH为11.5,继续搅拌30min,将物料转移至水热合成釜中,在220℃下晶化20h。晶化完成后,对样品进行抽滤、洗涤、干燥,得到镁铝水滑石。经检测得到的镁铝水滑石D50=620nm,样品开始失水温度为133℃,样品的吸油量为53mL/100g。
实施例4
称取氢氧化镁(D50=2.5μm)29g,氢氧化铝(D50=3μm)14g,n(Mg/Al)=2.5,加入145g的水搅拌均匀,加热至65℃,向溶液中滴加60%的硝酸26.25g,继续搅拌30min。将物料转移至球磨机中,400r/min下研磨80min,将球磨后的物料转移至反应瓶中,向反应瓶中滴加液碱与碳酸钠的混碱溶液,直至pH为12.5,继续搅拌30min,将物料转移至水热合成釜中,在200℃下晶化24h。晶化完成后,对样品进行抽滤、洗涤、干燥,得到镁铝水滑石。经检测得到的镁铝水滑石D50=550nm,样品1%失水温度为129℃,样品的吸油量为60mL/100g。
实施例5
称取氢氧化镁(D50=2μm)29g,氢氧化铝(D50=2.5μm)13g,n(Mg/Al)=2.7,加入145g的水搅拌均匀,加热至65℃,向溶液中滴加60%的硝酸26.25g,继续搅拌30min。将物料转移至球磨机中,400r/min下研磨100min,将球磨后的物料转移至反应瓶中,向反应瓶中滴加液碱与碳酸钠的混碱溶液,直至pH为11.8,继续搅拌30min,将物料转移至水热合成釜中,在180℃下晶化20h。晶化完成后,对样品进行抽滤、洗涤、干燥,得到镁铝水滑石。经检测得到的镁铝水滑石D50=480nm,样品1%失水温度为125℃,样品的吸油量为70mL/100g。
Claims (6)
1.一种提高镁铝水滑石热稳定性的制备方法,其特征在于,采用酸溶-球磨-碱沉淀-晶化工艺制备镁铝水滑石,
具体步骤如下:
(1)称取氢氧化镁与氢氧化铝原料,向混合料中加入5倍氢氧化镁样品质量的水,搅拌均匀,形成氢氧化镁与氢氧化铝混合浆料;
(2)向步骤(1)中滴加酸,65℃下搅拌混合均匀;
(3)将步骤(2)得到的样品转入球磨机中,400r/min的转速下球磨一定时间;
(4)将步骤(3)球磨得到的浆料转移至反应瓶中,搅拌,滴加碳酸钠/氢氧化钠混碱溶液,直至pH>11;
(5)将步骤(4)得到的反应溶液转移至水热合成釜中,控制温度,晶化;
(6)将晶化后得到的样品进行分离,用纯水洗涤至洗涤液pH达到7-8,干燥得到镁铝水滑石样品;
步骤(5)中,晶化温度为150-230℃,晶化时间为16h-24h。
2.如权利要求1所述的提高镁铝水滑石热稳定性的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中,n(Mg(OH)2):n(Al(OH)3)=2-3:1。
3.如权利要求1所述的提高镁铝水滑石热稳定性的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,所用氢氧化镁粒径D50=1.5-4μm,氢氧化铝为α-Al(OH)3,粒径D50=2-5μm。
4.如权利要求1所述的提高镁铝水滑石热稳定性的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所述酸为硝酸,盐酸,硫酸,乙酸,所用酸量为氢氧化镁摩尔量的1/2。
5.如权利要求1所述的提高镁铝水滑石热稳定性的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,所述球磨时间为40-120min。
6.如权利要求1所述的提高镁铝水滑石热稳定性的制备方法,其特征在于,步骤(4)中,所述混碱溶液氢氧化钠与碳酸钠摩尔比为1:1。
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