CN114507534A - 一种氢氧化镍改性镁铝水滑石/蒙脱土纳米材料的制备方法 - Google Patents

一种氢氧化镍改性镁铝水滑石/蒙脱土纳米材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种氢氧化镍改性镁铝水滑石/蒙脱土纳米材料的制备方法。该专利的特殊之处在于,采用水热法将Ni(OH)2沉积到申请号为CN202011524847.1中制备的镁铝水滑石/蒙脱土表面,通过Ni(OH)2中镍元素与镁铝水滑石/蒙脱土进行协效阻燃,可进一步提升MgAl LDH/MMT阻燃抑烟性,可将MgAl LDH/MMT@Ni(OH)2作为阻燃剂添加在有机基体中,应用于皮革、树脂、交通运输等多个领域,赋予其良好的阻燃抑烟性能。

Description

一种氢氧化镍改性镁铝水滑石/蒙脱土纳米材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种氢氧化镍改性镁铝水滑石/蒙脱土纳米材料的制备方法。
背景技术
MgAl LDH在燃烧过程中形成的氧化铝和氧化镁对烟气具有吸附性,可作为抑烟剂,但其单独应用时易团聚;MMT是一种层状硅酸盐,它在燃烧过程中会形成SiO2物理屏障,具有较为良好的阻燃性,对MMT进行剥离,然后在其表面生长MgAl LDH,最终得到的MgAlLDH/MMT具有一定阻燃抑烟性,但阻燃性仍有待提升,采用含过渡金属元素的氢氧化物对其改性,可通过催化炭化作用进一步提升其阻燃抑烟性。
镍基催化剂已被证明有利于催化碳层的形成,可形成屏障阻隔热量和氧气从而抑制燃烧过程。与其他镍衍生物相比,Ni(OH)2纳米催化剂的制备具有较强的可控性,这为制备过程提供了便利。研究者通过水热法将Ni(OH)2沉积到十二烷基苯磺酸改性LDH(DBS-LDH)表面{DBS-LDH@Ni(OH)2},将其应用于环氧树脂中,结果证明DBS-LDH@Ni(OH)2具有良好的阻燃性,且显著提高了炭结构的致密性。(Li Z,Zhang J,Dufosse F,et al.Ultrafinenickel nanocatalyst-engineering of an organic layered double hydroxidetowards a super-efficient fire-safe epoxy resin via interfacial catalysis[J].Journal of Materials Chemistry A,2018,6(18):8488-8498.)
发明内容
本发明的目的是提供一种MgAl LDH/MMT@Ni(OH)2的制备方法,该材料在MgAlLDH/MMT的基础上可进一步提升基体的阻燃抑烟性,具有很好的应用前景。
为解决上述问题,本发明采用的技术方案是:
一种MgAl LDH/MMT@Ni(OH)2的制备方法,包括以下具体步骤:
以下所涉及的量均为质量份:
步骤一:参考专利(CN202011524847.1)MgAl LDH/MMT的制备过程,称取0.50-2.00份蒙脱土(MMT)与20-80mL的硝酸水溶液混合,在105℃下搅拌4h,对其进行离心,直至上清液呈中性,得到酸刻蚀后的MMT。称取1.50-4.50份六水硝酸镁,0.50-2.00份九水硝酸铝与去离子水配成50ml溶液,作为水滑石前驱体盐溶液,将离心后的MMT与50ml金属盐溶液混合后搅拌均匀,采用超声法对MMT进行剥离,得到剥离MMT,同时在超声过程中充分分散混合溶液;称取尿素2.00-4.50份加入混合溶液中,在室温下搅拌均匀后转移至水热反应釜,在140℃下反应15h。降到室温后,离心收集所得固体样品,将样品用去离子水洗涤至中性,并进行冷冻干燥,最终得到MgAl LDH/MMT复合材料。
步骤二:称取0.40-1.20份MgAl LDH/MMT,用去离子水配制成30-60mL悬浮液,置于三口瓶中搅拌30-60min,再称取0.1-0.3份六水合硝酸镍,0.02-0.10份柠檬酸钠,0.09-0.30份尿素配置成10-20ml溶液,与MgAl LDH/MMT悬浮液混合超声30-60min,转移至反应釜在100℃下反应7h,离心水洗至中性,冻干研磨。得到MgAl LDH/MMT@Ni(OH)2
步骤二中,MgAl LDH/MMT与六水合硝酸镍质量比为4:1。
步骤二中,六水合硝酸镍与柠檬酸钠和尿素的摩尔比分别为3:1和2:9。
步骤二中,悬浮液和盐溶液混合后再进行超声。
步骤二中,水热反应时间为100℃,反应时间为7h。
按上述制备方法制得MgAl LDH/MMT@Ni(OH)2复合材料。
附图说明
图1(a)MgAl LDH/MMT、MgAl LDH/MMT@Ni(OH)2、Ni(OH)2的XRD谱图;(b-c)不同放大倍数的MgAl LDH/MMT和(d-e)不同放大倍数的MgAl LDH/MMT@Ni(OH)2的TEM照片。
与现有的技术相比,本发明的有益效果:
通过控制MgAl LDH/MMT的分散性,可将Ni(OH)2更均匀沉积到MgAl LDH/MMT上,以及严格控制反应温度和时间,可在有限的生长空间沉积更多的Ni(OH)2,最终利用Ni(OH)2与MgAl LDH/MMT间的氢键作用将Ni(OH)2沉积到MgAl LDH/MMT表面,获得MgAl LDH/MMT@Ni(OH)2。该发明制得的MgAl LDH/MMT@Ni(OH)2在MgAl LDH/MMT基础上进一步提升了阻燃和抑烟性。
将MgAl LDH/MMT@Ni(OH)2引入皮革加脂剂中,应用于皮革加脂,与未添加阻燃材料的加脂坯革相比,添加MgAl LDH/MMT@Ni(OH)2后的加脂坯革氧指数可从23.5%提升到28.9%;对其进行锥形量热检测,热释放总量相较单纯加脂剂加脂坯革下降53.8%,相较MgAl LDH/MMT/加脂剂加脂坯革下降了23.7%;最大产烟速率相较单纯加脂剂加脂坯革下降65.6%,相较MgAl LDH/MMT/加脂剂加脂坯革下降30.3%。同理,将MgAl LDH/MMT@Ni(OH)2添加至其它基体中,同样能够赋予基体更加良好的阻燃隔热抑烟性。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体描述,只用于对本发明进行进一步说明,不能理解为对本发明保护范围的限制。
该发明在制备方法上与其它方法不同在于,MgAl LDH/MMT@Ni(OH)2是将Ni(OH)2通过氢键作用沉积到MgAl LDH/MMT上,所得MgAl LDH/MMT@Ni(OH)2可应用于皮革、塑料、电子器件、交通运输等多个领域,赋予其良好的阻燃抑烟性能。
本发明涉及一种MgAl LDH/MMT@Ni(OH)2的制备方法,在专利《一种镁铝水滑石修饰蒙脱土纳米材料及制备方法》(申请号:CN202011524847.1)的基础上,在MgAl LDH/MMT上沉积Ni(OH)2,进一步提升其阻燃抑烟性。本发明的制备方法,包括以下步骤:(原料均为质量份)
步骤一:参考专利(CN202011524847.1)MgAl LDH/MMT的制备过程,称取0.50-2.00份蒙脱土(MMT)与20-80mL的硝酸水溶液混合,在105℃下搅拌4h,对其进行离心,直至上清液呈中性,得到酸刻蚀后的MMT。称取1.50-4.50份六水硝酸镁,0.50-2.00份九水硝酸铝与去离子水配成50ml溶液,作为水滑石前驱体盐溶液,将离心后的MMT与50ml金属盐溶液混合后搅拌均匀,采用超声法对MMT进行剥离,得到剥离MMT,同时在超声过程中充分分散混合溶液;称取尿素2.00-4.50份加入混合溶液中,在室温下搅拌均匀后转移至水热反应釜,在140℃下反应15h。降到室温后,离心收集所得固体样品,将样品用去离子水洗涤至中性,并进行冷冻干燥,最终得到MgAl LDH/MMT复合材料。
步骤二:称取0.40-1.20份MgAl LDH/MMT,用去离子水配制成30-60mL悬浮液,置于三口瓶中搅拌30-60min,再称取0.1-0.3份六水合硝酸镍,0.02-0.10份柠檬酸钠,0.09-0.30份尿素配置成10-20ml溶液,与MgAl LDH/MMT悬浮液混合超声30-60min,转移至反应釜在100℃下反应7h,离心水洗至中性,冻干研磨。得到MgAl LDH/MMT@Ni(OH)2
步骤二中,MgAl LDH/MMT与六水合硝酸镍质量比为4:1。
步骤二中,六水合硝酸镍与柠檬酸钠和尿素的摩尔比分别为3:1和2:9。
步骤二中,悬浮液和盐溶液混合后再进行超声。
步骤二中,水热反应温度为100℃,反应时间为7h。
实例1
步骤一:参考专利(CN202011524847.1)MgAl LDH/MMT的制备过程,称取0.60份MMT与50mL硝酸水溶液混合,在105℃下搅拌4h,对其进行离心,直至上清液呈中性,得到酸刻蚀后的MMT。称取1.80份六水硝酸镁,0.75份九水硝酸铝与去离子水配成50ml溶液,作为水滑石前驱体盐溶液,将离心后的MMT与50ml金属盐溶液混合后搅拌均匀,采用超声法对MMT进行剥离,得到剥离MMT,同时在超声过程中充分分散混合溶液;称取尿素2.00份加入混合溶液中,在室温下搅拌均匀后转移至水热反应釜,在140℃下反应15h。降到室温后,离心收集所得固体样品,将样品用去离子水洗涤至中性,并进行冷冻干燥,最终得到MgAl LDH/MMT复合材料。
步骤二:称取0.40份MgAl LDH/MMT,用去离子水配制成30mL悬浮液,置于三口瓶中搅拌30min,再称取0.1份六水合硝酸镍,0.028份柠檬酸钠,0.092份尿素配置成10ml溶液,与MgAl LDH/MMT悬浮液混合超声30min,转移至反应釜在100℃下反应7h,离心水洗至中性,冻干研磨。得到MgAl LDH/MMT@Ni(OH)2
实例2
步骤一:参考专利(CN202011524847.1)MgAl LDH/MMT的制备过程,称取0.80份MMT与60mL硝酸水溶液混合,在105℃下搅拌4h,对其进行离心,直至上清液呈中性,得到酸刻蚀后的MMT。称取2.00份六水硝酸镁,0.85份九水硝酸铝与去离子水配成50ml溶液,作为水滑石前驱体盐溶液,将离心后的MMT与50ml金属盐溶液混合后搅拌均匀,采用超声法对MMT进行剥离,得到剥离MMT,同时在超声过程中充分分散混合溶液;称取尿素2.20份加入混合溶液中,在室温下搅拌均匀后转移至水热反应釜,在140℃下反应15h。降到室温后,离心收集所得固体样品,将样品用去离子水洗涤至中性,并进行冷冻干燥,最终得到MgAl LDH/MMT复合材料。
步骤二:称取0.60份MgAl LDH/MMT,用去离子水配制成35mL悬浮液,置于三口瓶中搅拌35min,再称取0.15份六水合硝酸镍,0.044份柠檬酸钠,0.14份尿素配置成12ml溶液,与MgAl LDH/MMT悬浮液混合超声35min,转移至反应釜在100℃下反应7h,离心水洗至中性,冻干研磨。得到MgAl LDH/MMT@Ni(OH)2
实例3
步骤一:参考专利(CN202011524847.1)MgAl LDH/MMT的制备过程,称取1.00份MMT与70mL硝酸水溶液混合,在105℃下搅拌4h,对其进行离心,直至上清液呈中性,得到酸刻蚀后的MMT。称取2.50份六水硝酸镁,1.25份九水硝酸铝与去离子水配成50ml溶液,作为水滑石前驱体盐溶液,将离心后的MMT与50ml金属盐溶液混合后搅拌均匀,采用超声法对MMT土进行剥离,得到剥离MMT,同时在超声过程中充分分散混合溶液;称取尿素2.50份加入混合溶液中,在室温下搅拌均匀后转移至水热反应釜,在140℃下反应15h。降到室温后,离心收集所得固体样品,将样品用去离子水洗涤至中性,并进行冷冻干燥,最终得到MgAl LDH/MMT复合材料。
步骤二:称取0.80份MgAl LDH/MMT,用去离子水配制成40mL悬浮液,置于三口瓶中搅拌40min,再称取0.20份六水合硝酸镍,0.059份柠檬酸钠,0.19份尿素配置成14ml溶液,与MgAl LDH/MMT悬浮液混合超声40min,转移至反应釜在100℃下反应7h,离心水洗至中性,冻干研磨。得到MgAl LDH/MMT@Ni(OH)2
实例4
步骤一:参考专利(CN202011524847.1)MgAl LDH/MMT的制备过程,称取1.20份MMT与75mL硝酸水溶液混合,在105℃下搅拌4h,对其进行离心,直至上清液呈中性,得到酸刻蚀后的MMT。称取3.00份六水硝酸镁,1.50份九水硝酸铝与去离子水配成50ml溶液,作为水滑石前驱体盐溶液,将离心后的MMT与50ml金属盐溶液混合后搅拌均匀,采用超声法对MMT土进行剥离,得到剥离MMT,同时在超声过程中充分分散混合溶液;称取尿素3.00份加入混合溶液中,在室温下搅拌均匀后转移至水热反应釜,在140℃下反应15h。降到室温后,离心收集所得固体样品,将样品用去离子水洗涤至中性,并进行冷冻干燥,最终得到MgAl LDH/MMT复合材料。
步骤二:称取1.0份MgAl LDH/MMT,用去离子水配制成45mL悬浮液,置于三口瓶中搅拌45min,再称取0.25份六水合硝酸镍,0.075份柠檬酸钠,0.23份尿素配置成16ml溶液,与MgAl LDH/MMT悬浮液混合超声45min,转移至反应釜在100℃下反应7h,离心水洗至中性,冻干研磨。得到MgAl LDH/MMT@Ni(OH)2
实例5
步骤一:参考专利(CN202011524847.1)MgAl LDH/MMT的制备过程,称取2.00份MMT与80mL硝酸水溶液混合,在105℃下搅拌4h,对其进行离心,直至上清液呈中性,得到酸刻蚀后的MMT。称取4.50份六水硝酸镁,2.00份九水硝酸铝与去离子水配成50ml溶液,作为水滑石前驱体盐溶液,将步骤一离心后的MMT与50ml金属盐溶液混合后搅拌均匀,采用超声法对MMT进行剥离,得到剥离MMT,同时在超声过程中充分分散混合溶液;称取尿素4.50份加入混合溶液中,在室温下搅拌均匀后转移至水热反应釜,在140℃下反应15h。降到室温后,离心收集所得固体样品,将样品用去离子水洗涤至中性,并进行冷冻干燥,最终得到MgAl LDH/MMT复合材料。
步骤二:称取1.2份MgAl LDH/MMT,用去离子水配制成60mL悬浮液,置于三口瓶中搅拌60min,再称取0.30份六水合硝酸镍,0.088份柠檬酸钠,0.28份尿素配置成20ml溶液,与MgAl LDH/MMT悬浮液混合超声60min,转移至反应釜在100℃下反应7h,离心水洗至中性,冻干研磨。得到MgAl LDH/MMT@Ni(OH)2
为了证明在MgAl LDH/MMT表面沉积Ni(OH)2的可行性,本发明人对其做了以下分析测试,分析结果如下:
如图1a所示是MgAl LDH/MMT、MgAl LDH/MMT@Ni(OH)2、Ni(OH)2的XRD谱图,与MgAlLDH/MMT和Ni(OH)2相比,MgAl LDH/MMT@Ni(OH)2在35.25°出现了Ni(OH)2的衍射峰以及MgAlLDH/MMT的特征衍射峰均变弱,猜测Ni(OH)2已负载到MgAl LDH/MMT上。
图1b-e为MgAl LDH/MMT和MgAl LDH/MMT@Ni(OH)2的TEM照片,由图1e可以看出,在MgAl LDH/MMT表面分布着尺寸约为5-10nm左右的Ni(OH)2颗粒,进一步表明了制备MgAlLDH/MMT@Ni(OH)2的可行性。
本发明的内容不限于实施例所列举,本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换,均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种氢氧化镍改性镁铝水滑石/蒙脱土纳米材料的制备方法,其特征在于:
包括以下具体步骤,以下均为质量份:
步骤一:MgAl LDH/MMT的制备过程,称取0.50-2.00份蒙脱土(MMT)与20-80mL的硝酸水溶液混合,在105℃下搅拌4h,对其进行离心,直至上清液呈中性,得到酸刻蚀后的MMT;称取1.50-4.50份六水硝酸镁,0.50-2.00份九水硝酸铝与去离子水配成50ml溶液,作为水滑石前驱体盐溶液,将离心后的MMT与50ml金属盐溶液混合后搅拌均匀,采用超声法对MMT进行剥离,得到剥离MMT,同时在超声过程中充分分散混合溶液;称取尿素2.00-4.50份加入混合溶液中,在室温下搅拌均匀后转移至水热反应釜,在140℃下反应15h。降到室温后,离心收集所得固体样品,将样品用去离子水洗涤至中性,并进行冷冻干燥,最终得到MgAl LDH/MMT复合材料;
步骤二:称取0.40-1.20份MgAl LDH/MMT,用去离子水配制成30-60mL悬浮液,置于三口瓶中搅拌30-60min,再称取0.1-0.3份六水合硝酸镍,0.02-0.10份柠檬酸钠,0.09-0.30份尿素配置成10-20ml溶液,与MgAl LDH/MMT悬浮液混合超声30-60min,转移至反应釜在100℃下反应7h,离心水洗至中性,冻干研磨;得到Ni(OH)2改性MgAl LDH/MMT{MgAl LDH/MMT@Ni(OH)2}。
2.如权利要求1所述的一种氢氧化镍改性镁铝水滑石/蒙脱土纳米材料的制备方法,其特征在于:
步骤二中,MgAl LDH/MMT与六水合硝酸镍质量比为4:1。
3.如权利要求1所述的一种氢氧化镍改性镁铝水滑石/蒙脱土纳米材料的制备方法,其特征在于:
步骤二中,六水合硝酸镍与柠檬酸钠和尿素的摩尔比分别为3:1和2:9。
4.如权利要求1所述的一种氢氧化镍改性镁铝水滑石/蒙脱土纳米材料的制备方法,其特征在于:
步骤二中,悬浮液和盐溶液混合后再进行超声。
5.如权利要求1所述的一种氢氧化镍改性镁铝水滑石/蒙脱土纳米材料的制备方法,其特征在于:
步骤二中,水热反应温度为100℃,反应时间为7h。
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