TW201545810A - 磁性水滑石類複合體及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明之目的在於提供可用於排水處理、紫外線處理、電磁波吸收及酸性氣體吸收等領域的磁性水滑石類複合體與其製造方法。 本發明之磁性水滑石類複合體，係含有內層與外層，內層為水滑石類化合物，外層為肥粒鐵類化合物。

Description

磁性水滑石類複合體及其製造方法
本發明係關於可用於作為吸附劑、電磁波吸收劑及紫外線吸收劑的磁性水滑石類複合體及其製造方法。
專利文獻1記載一種再利用了產業廢棄物之鋼鐵溶渣、可利用作為陰離子吸附劑等的水滑石類化合物的合成方法。藉此方法所合成之水滑石類化合物之一般式係由[Ca2+a-xMxAlO3+b]所示。具有此構造之水滑石類化合物在單獨進行燒成處理時，所生成之氧化物凝集，而有活性低落等缺點。又，由於僅具有單一之水滑石構造，故有可吸附之離子種類受限的缺點。
非專利文獻1記載一種由Green Rust(GR)所進行之硒的處理方法及以MgO作為中和劑的水滑石類化合物的生成法。為了藉此方法對硒與氟離子進行處理，必須有適合各處理之2種的水滑石粒子。
專利文獻2中記載一種於氧化鎂表面使水滑石類化合物經複合處理的淨化處理劑的合成方法，以及使用該處理劑的有害物質的處理方法。藉此方法所合成之水滑石類化合物具有與上述相同之缺點。
非專利文獻2中記載一種Fe系水滑石類化合物的合成其與應用。藉此方法所合成之粒子由於為單一層之Fe系水滑石類化合物，故有與上述相同之缺點。
專利文獻3中記載一種Co(II)Fe(III)-LDH之低保磁力粒子的合成方法。藉此方法所合成之粒子為Co(II)Fe(III)-LDH粒子，屬於CoFe系肥粒鐵類物質的前驅物。由於並未成為CoFe肥粒鐵之構造，故無法充分發揮作為磁性體的物性。
專利文獻4記載一種將2-羥基-4-甲氧基二苯基酮-5-磺酸(簡稱BP)陰離子導入至Mg-Al-NO3型水滑石之層間，而賦予紫外線吸收機能的方法。此種方法係交換後之廢液著色為濃黃色，有對處理環境之負擔較大的缺點。又，交換後之粒子亦帶有濃黃色，而有使用受限的缺點。
專利文獻5記載一種將鋅改質水滑石、2,4-二羥基二苯基酮等調配於樹脂，以調製透明製品用氯乙烯系樹脂組成物的方法。此方法係藉由將鋅改質水滑石與具有紫外線吸收機能之2,4-二羥基二苯基酮等混合，而對樹脂賦予紫外線吸收機能的方法。此方法中，在經過時間後，由於2,4-二羥基二苯基酮等具有紫外線吸收機能之有機物質慢慢分解，故有紫外線吸收機能降低的缺點。
(專利文獻1)國際公開WO2011/108195A1
(專利文獻2)日本專利特願2011-188651
(專利文獻3)日本專利特願2008-144412
(專利文獻4)日本專利特願2007-299039
(專利文獻5)PCT/JP2011/063597
(非專利文獻1)活用了層狀複氫氧化物之就地生成法的有害元素之水處理技術，J.Soc.Powder Technol,Japan,50,342-347(2013)
(非專利文獻2)Fe系層狀複氫氧化物之合成與其應用，黏土科學， 第49卷，第3號，99~107，2010
本發明之目的在於提供一種可用於排水處理、紫外線吸收、電磁波吸收、酸性氣體吸收等之領域的磁性水滑石類複合體及其製造方法。
水滑石類化合物具有燒成時發生凝集而活性低落的缺點。又，習知之水滑石類化合物由於僅具有單一之水滑石構造，故有可吸附之離子種類受限的缺點。
本發明者等人發現，若將水滑石類化合物藉由肥粒鐵類化合物進行複合處理，則即使進行燒成仍可防止水滑石類化合物的凝集。又，藉由使水滑石類化合物含有複數之金屬離子，則使其可吸附複數之離子。
亦即，本發明包含以下發明。
1.一種磁性水滑石類複合體，係含有內層與外層，內層為水滑石類化合物，外層為肥粒鐵類化合物。
2.如前項1記載之磁性水滑石類複合體，其中，外層之肥粒鐵類化合物的含量為0.5~95重量%。
3.如前項1記載之磁性水滑石類複合體，其中，內層為下式(1)所示之水滑石類化合物，外層為下式(2-1)、(2-2)或(2-3)所示之肥粒鐵類化合物。[M2+ 1-xM3+ x(OH)2][An- x/n‧yH2O] (1)(式中，M2+為由Mg2+、Ca2+、Mn2+、Fe2+、Co2+、Ni2+、Cu2+、Zn2+、Sr2+、Cd2+及Pb2+所組成群選擇之至少1種2價金屬離子；M3+為由La3+、Al3+、Ga3+、Mn3+、Co3+、Y3+、Ce3+、Fe3+、Cr3+ 及In3+所組成群選擇之至少1種3價金屬離子；An-為由CO3 2-、SO4 2-、Cl-、SiO3 2-、PO4 3-、NO3 -、OH-、CH3PO4 2-、C2O4 2-、HCOO-、CH3COO-及CH3SO3 -所組成群選擇之至少1種n價陰離子；x滿足0.15≦x≦0.5，y滿足0≦y<5，n為1以上之整數。)AFe2O4 (2-1)(式中，A為由Ni、Zn、Cu、Mn、Co及Mg所組成群選擇之至少1種。)XFe12O19 (2-2)(式中，X為由Sr、Ba及Pb所組成群選擇之至少1種。)RFe5O12 (2-3)(式中，R係元素周期表中，第3族錒除外之第4周期至第6周期的稀土族元素。)
4.如前項3記載之磁性水滑石類複合體，其中，內層之水滑石類化合物之M2+與M3+的原子比率為1.0：1.0~6.0：1.0。
5.如前項3記載之磁性水滑石類複合體，其中，於外層，進一步使由Au、Ag、Ru、Pt、Rh、Ir、Rb、Os及Pd所組成群選擇之至少1種貴金屬之鹽載持0.2~5.0重量%作為貴金屬元素。
6.一種土壤、地下水或廢水中之有害物質的吸附劑，係由前項1~5中任一項記載之磁性水滑石類複合體所構成。
7.一種電磁波吸收劑，係由前項1~5中任一項記載之磁性水滑石類複合體所構成。
8.一種紫外線吸收劑，係由前項1~5中任一項記載之磁性水滑石類複合體所構成。
9.一種磁性水滑石類複合體之製造方法，係前項1記載之磁性水滑石類複合體之製造方法，其包括：(1)將含有構成內層之水滑石類化合物之元素的金屬鹽與鹼性溶液混合，將溶液之pH值控制為7~11，於20~270℃之溫度製造內層之水滑石類化合物的步驟(1)；(2)於含有所得水滑石類化合物之漿料，添加含有構成外層之肥粒鐵類化合物之元素的金屬鹽的酸性溶液、與鹼性溶液，將溶液之pH值控制為7~11，於40~250℃以下之溫度形成外層，製造前驅物的步驟(2)；及(3)將前驅物於200℃~800℃之溫度範圍進行燒成的步驟(3)。
10.如前項9記載之製造方法，其中，構成內層之水滑石類化合物的2價金屬離子鹽為由MgCl2、CaCl2、ZnCl2及FeCl2所組成群選擇之至少1種。
11.如前項9記載之製造方法，其中，構成內層之水滑石類化合物的3價金屬離子鹽為AlCl3。
12.如前項9記載之製造方法，其中，構成內層之水滑石類化合物的陰離子鹽為Na2CO3。
13.如前項9記載之製造方法，其中，構成外層之肥粒鐵類化合物的金屬鹽為由FeCl3、MgCl2、Ni(NO3)及ZnCl2所組成群選擇之至少1種。
圖1為實施例9之複合處理後之SEM照片(燒成處理前)。
圖2為實施例9之於空氣環境中依550℃燒成2小時後之SEM照 片。
圖3為實施例9之MnO4 -水溶液交換處理後之SEM照片。
圖4為實施例9之複合處理前後之粒子的XRD。
圖5為協和化學工業(股)製KW-300S及KW-500SH之XRD。
圖6為比較例5之依550℃燒成2小時後之XRD。
圖7為實施例9之複合粒子依550℃燒成2小時後之XRD。
圖8為比較例9之粒子之MnO4 -水溶液交換處理後之XRD。
圖9為成型處理後之粉末的光吸收效果。
圖10為由自由空間法所得之電磁波吸收效果。
圖11為實施例22粒子之由振動式磁力計所得的磁矩的測定結果。
圖12為實施例22粒子之磁性確認照片。
<磁性水滑石類複合體>
本發明之磁性水滑石類複合體(以下有時簡稱為磁性複合體)係由2種以上之無機粒子所構成的無機-無機複合體。
磁性複合體包括內層與外層，內層為水滑石類化合物，外層為肥粒鐵類化合物。內層之水滑石類化合物係層狀複氫氧化物。
內層之水滑石類化合物的含量較佳為5~99.5重量%。內層之含量的下限較佳為10重量%、更佳15重量%。內層之含量的上限較佳為90重量%、更佳85重量%。
外層之肥粒鐵類化合物的含量，較佳為0.5~95重量%。外層之含量的下限較佳為10重量%、更佳15重量%。外層之含量的上限較佳為90重量%、更佳85重量%。
(內層)
本發明中，內層較佳為下式(1)所示之具有陰離子交換能力的水滑石類化合物(層狀複氫氧化物)。
[M2+ 1-xM3+ x(OH)2][An- x/n‧yH2O] (1)
M2+及M3+分別為2價及3價金屬離子；An-為n價陰離子。含有M2+及M3+之水滑石類化合物係具有水鎂石[Mg(OH)2]類似的氫氧化層(主層)之結晶構造作為基本骨架，藉由將2價金屬之一部分取代為3價金屬，由於主層帶正電，故使陰離子及水分子插入至層間(客層)。
M2+為由Mg2+、Ca2+、Mn2+、Fe2+、Co2+、Ni2+、Cu2+、Zn2+、Sr2+、Cd2+及Pb2+所組成群選擇之至少1種2價金屬離子。M2+較佳為由Mg2+、Ca2+、Mn2+、Fe2+、Co2+、Ni2+、Cu2+及Zn2+所組成群選擇之至少1種2價金屬離子。
M3+為由La3+、Al3+、Ga3+、Mn3+、Co3+、Y3+、Ce3+、Fe3+、Cr3+及In3+所組成群選擇之至少1種3價金屬離子。M3+較佳為由Al3+、Cr3+、Fe3+、Co3+、In3+、Y3+、Ce3+及La3+所組成群選擇之至少1種3價金屬離子。
內層之水滑石類化合物的M2+與M3+的原子比率較佳為1.0：1.0~6.0：1.0，更佳1.3：1.0~5.0：1.0，再更佳1.5：1.0~5.0：1.0。
An-係插入至內層之水滑石類化合物之層間的陰離子。作為An-，可舉例如碳酸離子(CO3 2-)、硫酸離子(SO4 2-)、氯化物離子(Cl-)、矽酸離子(SiO3 2-)、磷酸離子(PO4 3-)、硝酸離子(NO3 -)、氫氧物離子(OH-)等無機陰離子，甲基磷酸(CH3PO4 2-)等有機磷酸，草酸離子 (C2O4 2-)、甲酸離子(HCOO-)、醋酸離子(CH3COO-)等之有機羧酸，甲基磺酸(CH3SO3 -)等有機磺酸。An-較佳為由CO3 2-、SO4 2-、Cl-、SiO3 2-、PO4 3-、NO3 -、OH-、CH3PO4 2-、C2O4 2-、HCOO-、CH3COO-及CH3SO3 -所組成群選擇之至少1種n價陰離子。
x滿足0.1≦x≦0.6。x下限較佳為0.15、更佳0.2。x上限較佳為0.5、更佳0.4。
y滿足0≦y<5。y上限較佳為4、更佳為3。
(外層)
外層較佳為由下述組成式(2-1)、(2-2)或(2-3)所示之肥粒鐵類化合物所構成。
肥粒鐵類化合物係由尖晶石肥粒鐵、六方晶系肥粒鐵及石榴石肥粒鐵所組成群選擇之至少1種肥粒鐵類物質的前驅物粒子或結晶粒子。
尖晶石肥粒鐵係由下述組成物(2-1)所示。
AFe2O4 (2-1)
(式中，A為由Ni、Zn、Cu、Mn、Co及Mg所組成群選擇之至少1種。)
六方晶系肥粒鐵係由下述組成物(2-2)所示。
XFe12O19 (2-2)
(式中，X為由Sr、Ba及Pb所組成群選擇之至少1種。)石榴石肥粒鐵係由下述組成物(2-3)所示。
RFe5O12 (2-3)
(式中，R係元素周期表中，第3族錒除外之第4周期至第6周期的稀土族元素。)
(貴金屬元素之載持)
較佳係於外層，進一步使由Au、Ag、Ru、Pt、Rh、Ir、Rb、Os及Pd所組成群選擇之至少1種貴金屬之鹽載持0.2~5.0重量%作為貴金屬元素。
<磁性複合體之製造方法>
磁性複合體係調製內層之水滑石類化合物(步驟(1))，於所得之水滑石類化合物使肥粒鐵類化合物析出以製造前驅物(步驟(2))，使其燒成(步驟(3))而可製造。
(步驟(1))
步驟(1)係將含有構成內層之水滑石類化合物之元素的金屬鹽、與鹼性溶液混合，將溶液之pH值控制為7~1l，於20~270℃之溫度製造內層之水滑石類化合物的步驟。
作為構成內層之水滑石類化合物的2價金屬離子(M2+)源，可使用可溶性金屬鹽。作為可溶性金屬鹽，可舉例如氯化物、硝酸鹽、硫酸鹽等。可舉例如MgCl2、CaCl2、ZnCl2及FeCl2、Mg(NO3)2、Ca(NO3)2、Zn(NO3)2、Fe(NO3)2、MgSO4、ZnSO4、FeSO4等。可溶性金屬鹽類化合物以外，亦可利用氫氧化物、氧化物及金屬粉末。例如亦可利用MgO、ZnO、Mg(OH)2、Al(OH)3、Al2O3、金屬Zn粉末、金屬Al、Mg粉末等。
作為構成內層之水滑石類化合物的3價金屬離子(M3+)源，可使用可溶性金屬鹽。作為可溶性金屬鹽，可舉例如氯化物、硝 酸鹽、硫酸鹽等。可舉例如AlCl3、Al(NO3)3、Al2(SO4)3等。可溶性金屬鹽類化合物以外，亦可利用氧化物、金屬、氫氧物質。例如亦可利用金屬Al粉末、Al(OH)3、Al2O3粉末、Fe2O3粉末、金屬Fe粉末等。
作為構成內層之水滑石類化合物的n價陰離子源，可舉例如碳酸離子(CO3 2-)、硫酸離子(SO4 2-)、氯化物離子(Cl-)、矽酸離子(SiO3 2-)、磷酸離子(PO4 3-)、硝酸離子(NO3 -)、氫氧物離子(OH-)等無機陰離子，甲基磷酸(CH3PO4 2-)等有機磷酸，草酸離子(C2O4 2-)、甲酸離子(HCOO-)、醋酸離子(CH3COO-)等之有機羧酸，甲基磺酸(CH3SO3 -)等有機磺酸的鹽。作為鹽，可舉例如鈉鹽、鉀鹽、銨鹽。
作為鹼性溶液，可舉例如NaOH、KOH、NH3‧H2O等。將溶液之pH值控制為6~12進行反應。pH值之下限較佳為6.5、更佳為7。pH值之上限較佳為11.5、更佳為11。
2價金屬(M2+)之可溶性鹽與3價金屬(M3+)之可溶性鹽的比率，較佳係使所得水滑石類化合物之M2+與M3+的原子比率成為1.0：1.0~6.0：1.0。
反應可依濕式製程進行，其中適合利用共沉法、水熱法或均勻沉降法等方法。又，藉由此等方法，可依粉末狀之粒子得到水滑石類化合物。
反應溫度較佳為20~270℃、更佳40~200℃、再更佳60~180℃。
步驟(2)
步驟(2)係於含有所得水滑石類化合物之漿料，添加含有構成外層之肥粒鐵類化合物之元素的金屬鹽的酸性溶液、與鹼性溶液，將溶液 之pH值控制為7~11，於40~250℃之溫度形成外層，製造前驅物的步驟。
作為含有構成外層之肥粒鐵類化合物之元素的金屬鹽，可使用可溶性金屬鹽。作為可溶性金屬鹽，可舉例如氯化物、氧化物等。可舉例如FeCl3、MgCl2、Ni(NO3)、ZnCl2、MgO、ZnO、Fe(NO3)3、Zn(NO3)2、Mg(NO3)2等。
作為鹼性溶液，可舉例如NaOH、KOH、NH3H2O、Na2CO3等。將溶液之pH值控制為7~12進行反應。pH值之下限較佳為8、更佳為9。pH值之上限較佳為11。
反應溫度較佳為20~250℃、更佳40~200℃、再更佳60~180℃。
外層之肥粒鐵類化合物之前驅物或結晶化粒子，係對內層之水滑石類化合物之前驅物或結晶化粒子，藉由錯合物聚合法、共沉法、水熱法或均勻沉降法等方法進行複合處理，而可得到磁性複合體粒子的前驅物。
<貴金屬元素的持載>
於前驅物之外層，可進一步使由Au、Ag、Ru、Pt、Rh、Ir、Rb、Os及Pd所組成群選擇之至少1種貴金屬之鹽載持0.2~5.0重量%作為貴金屬元素。
(步驟(3))
步驟(3)係將前驅物於200℃~800℃之溫度範圍進行燒成的步驟。燒成溫度為200~1500℃、較佳250~1300℃、更佳300~1100℃。燒成 時間為1~30小時、較佳1.5~20小時、更佳2~15小時。其燒成環境係使用空氣、氮氣、氬氣、氫氣等，通常使用空氣。
<用途>
本發明之磁性複合體可用於作為土壤、地下水或廢水之有害物質的吸附劑。又，可使用作為電磁波吸收劑或紫外線吸收劑。
吸附劑較佳係內層之水滑石類化合物的前驅物或結晶化粒子含有Al3+。
電磁波吸收劑較佳係內層之水滑石類化合物的前驅物或結晶化粒子含有Fe3+。
(實施例)
接著，藉由實施例更詳細說明本發明。但本發明並不受限於以下實施例。關於適合吸附劑之磁性複合體係由實施例1~13所說明。
(實施例1)
[MgFe2O4-Mg3Al(OH)8Cl複合粒子之調製(5.0重量%複合)]
<內層水滑石之合成>
將MgCl2‧6H2O-91.5g(0.45莫耳)及AlCl3‧6H2O-36.22g(0.15莫耳)加入至400ml之去離子水，調製含有Mg及Al的水溶液。接著，將此水溶液於40℃保持0.5小時後，歷時20分鐘滴下3.50莫耳/L之NaOH液357.2ml(1.25莫耳)。將此含有沉澱之液保持為40℃並攪拌1小時後，以1.0L容量之高壓釜依170℃進行水熱處理8小時後，濾別其沉 澱、水洗，以185℃乾燥，得到水滑石類化合物粉末45g。
由銅Kα射線之X射線繞射裝置(Rigaku X-RAY DIFFRACTOMETER RINT2200)進行分析的結果，可確認所得粉末具有水滑石構造。又，由螢光X射線測定裝置(Rigaku X-RAY SPECTROMETER RIX2000)進行分析的結果，所得粉末係以MgO換算計為44.47重量%、Al2O3換算計為18.7重量%、氯換算計為13.25重量%、由組成式Mg5.99Al2(OH)15.95(Cl)2.00所示之Mg-Al系Cl型水滑石類化合物。
<對內層水滑石之MgFe2O4系粒子的複合處理>
將上述Mg-Al系Cl型水滑石類化合物之粉末20g加入至400ml去離子水中，以40℃分散1小時後，將含有MgCl2‧6H2O-1.02g(0.005莫耳)及FeCl3‧6H2O-2.70g(0.01莫耳)的250ml水溶液與3.5莫耳/L之NaOH液11.43ml(0.04莫耳)同時於攪拌下歷時10分鐘以吸引泵添加至上述Mg-Al系Cl型水滑石懸濁液中。進而依350rpm予以攪拌下、以85℃進行加熱處理1小時後，將其沉澱濾別並水洗，以105℃乾燥，得到Mg系磁性/Mg-Al系Cl型水滑石前驅物粉末21.5g。
<燒成>
將上述Mg系磁性/Mg-Al系Cl型水滑石前驅物粉末15g於空氣環境下，以500℃燒成2小時，自然冷卻後，得到11.2g之Mg系磁性/Mg-Al系Cl型水滑石類化合物的複合粒子-樣本1。
(實施例2)
[MgFe2O4-Mg3Al(OH)8Cl複合粒子之調製(30.0重量%複合)]
<內層水滑石之合成>
與實施例1相同。
<對內層水滑石之MgFe2O4系粒子的複合處理>
將上述Mg-Al系Cl型水滑石類化合物之粉末20g加入至400ml去離子水中，以40℃分散1小時後，將含有MgCl2‧6H2O-6.1g(0.03莫耳)及FeCl3‧6H2O-16.22g(0.06莫耳)的250ml水溶液與3.5莫耳/L之NaOH液68.57ml(0.24莫耳)同時於攪拌下歷時30分鐘，以吸引泵添加至上述Mg-Al系Cl型水滑石懸濁液中。其後以85℃進行加熱處理1小時後，將其沉澱濾別並水洗，以185℃乾燥，得到Mg系磁性/Mg-Al系Cl型水滑石前驅物粉末27.5g。由銅Kα射線之X射線繞射分析的結果，可確認所得粉末具有水滑石構造。
<燒成>
將上述Mg系磁性/Mg-Al系Cl型水滑石前驅物粉末20g於空氣環境下，以500℃燒成2小時，自然冷卻後，得到14.9g之Mg系磁性/Mg-Al系Cl型水滑石類化合物的複合粒子-樣本2。
(實施例3)
[MgFe2O4-Mg3Al(OH)8Cl複合粒子之調製(100.0重量%複合)]
<內層水滑石之合成>
與實施例1相同。
<對內層水滑石之MgFe2O4系粒子的複合處理>
將上述Mg-Al系Cl型水滑石類化合物之粉末20g加入至400ml去離子水中，以40℃分散1小時後，將含有MgCl2‧6H2O-20.33g(0.1莫耳)及FeCl3‧6H2O-54.06g(0.2莫耳)的300ml水溶液與3.5莫耳/L之NaOH液228.57ml(0.8莫耳)同時於攪拌下歷時50分鐘，以吸引泵添加至上述Mg-Al系Cl型水滑石懸濁液中。其後以85℃進行加熱處理1小時後，將其沉澱濾別並水洗，以185℃乾燥，得到Mg系磁性/Mg-Al系Cl型水滑石前驅物粉末43.0g。由銅Kα射線之X射線繞射分析的結果，可確認所得粉末具有水滑石構造。
<燒成>
將上述Mg系磁性/Mg-Al系Cl型水滑石前驅物粉末20g於空氣環境下，以500℃燒成2小時，自然冷卻後，得到15.8g之Mg系磁性/Mg-Al系Cl型水滑石類化合物的複合粒子-樣本3。
(實施例4)
[MgFe2O4-Mg3Al(OH)8Cl複合粒子之調製(30.0重量%複合)]
於內層水滑石之合成中，除了將水熱處理條件變更為120℃、8小時以外，與實施例2同樣地實施，得到樣本4。
(實施例5)
[MgFe2O4-Mg3Al(OH)8Cl複合粒子之調製(30.0重量%複合)]
於內層水滑石之合成中，除了將水熱處理條件變更為150℃、8小時以外，與實施例2同樣地實施，得到樣本5。
(實施例6)
[MgFe2O4-Mg3Fe(OH)8Cl複合粒子之調製(5.0重量%複合)]
於內層水滑石之合成中，與實施例5同樣實施，將所得粉末20g加入至400ml之去離子水，以40℃分散1小時後，將含有MgCl2‧6H2O-1.02g(0.005莫耳)及FeCl3‧6H2O-2.70g(0.01莫耳)的50ml水溶液與3.5莫耳/L之NaOH液11.43ml(0.04莫耳)同時歷時30分鐘，以吸引泵添加至上述Mg-Al系Cl型水滑石懸濁液中。其後以85℃進行加熱處理1小時後，將其沉澱濾別並水洗，以185℃乾燥，得到Mg系磁性/Mg-Al系Cl型水滑石前驅物粉末21.25g。由銅Kα射線之X射線繞射分析的結果，可確認所得粉末具有水滑石構造。
<燒成>
將上述Mg系磁性/Mg-Al系Cl型水滑石前驅物粉末15g於空氣環境下，以500℃燒成2小時，自然冷卻後，得到11.8g之Mg系磁性/Mg-Al系Cl型水滑石類化合物的複合粒子-樣本6。
(實施例7)
[對Mg3Fe(OH)8Cl系水滑石之Ni0.6Zn0.4Fe2O4的複合處理(10.0重量%複合處理)]
<內層水滑石之合成>
與實施例6相同。
<對內層水滑石之Ni0.6Zn0.4Fe2O4粒子的複合處理>
將上述Mg-Al系Cl型水滑石類化合物之粉末20g加入至400ml去離子水中，以40℃分散1小時後，將含有ZnCl2-0.15g(0.0033莫耳)、Ni(NO3)2‧6H2O-1.45g(0.005莫耳)及FeCl3‧6H2O-4.51g(0.017莫耳)的150ml水溶液與3.5莫耳/L之NaOH液18.10ml(0.063莫耳)同時歷時10分鐘，以吸引泵添加至上述水滑石懸濁液中。進而於350rpm之攪拌下、以85℃進行加熱處理1小時後，將其沉澱濾別並水洗，以185℃乾燥，得到Ni-Zn系磁性/Mg-Fe系Cl型水滑石前驅物粉末22.6g。由銅Kα射線之X射線繞射分析的結果，可確認所得粉末具有水滑石構造。
<燒成>
將上述粉末15g於空氣環境下，以400℃燒成2小時，得到11.6g磁性複合粒子-樣本7。
(實施例8)
[Ni0.6Zn0.4Fe2O4-Mg3Al(OH)8(CO3)0.5複合粒子之調製(5.0重量%複合)]
<內層水滑石之合成>
將MgCl2‧6H2O-91.5g(0.45莫耳)及AlCl3‧6H2O-36.22g(0.15莫耳)加入至400ml之去離子水，調製含有Mg及Al的水溶液。接著，將此 水溶液於40℃保持0.5小時後，歷時20分鐘滴下含有8.0g之Na2Co3(0.075莫耳)的3.50莫耳/L之NaOH液357.2ml(1.25莫耳)。將此含有沉澱之液依40℃、350rpm攪拌處理1.0小時後，將沉澱物以0.075莫耳/L之Na2CO3水溶液1.0L洗淨。接著，以1.0L容量之高壓釜依150℃進行水熱處理8小時後，濾別其沉澱、水洗，以185℃乾燥，得到水滑石類化合物粉末42.8g。
所得水滑石由螢光X射線進行分析的結果，係以MgO換算計為45.33重量%、Al2O3換算計為19.14重量%、以CO3 2-換算計為11.49重量%、由組成式Mg5.99Al2(OH)15.98(CO3)1.02所示之Mg-Al系CO3型水滑石類化合物。
<對內層水滑石之Ni0.6Zn0.4Fe2O4的複合處理>
將上述Mg-Al系CO3型水滑石粉末20g加入至400ml去離子水中，以40℃分散1小時後，將含有ZnCl2-0.23g(1.67×10-3莫耳)、Ni(NO3)2‧6H2O-0.73g(2.5×10-3莫耳)及FeCl3‧6H2O-2.25g(8.33×10-3莫耳)的50ml水溶液與3.5莫耳/L之NaOH溶液9.05ml(0.032莫耳)同時歷時5分鐘，以吸引泵添加至上述水滑石懸濁液中。進而以85℃進行加熱處理1小時後，將其沉澱濾別並水洗，以105℃乾燥，得到Ni-Zn系磁性/Mg-Al系CO3型水滑石前驅物粉末21.5g。由銅Kα射線之X射線繞射分析的結果，可確認所得粉末具有水滑石構造。
<燒成>
將上述Ni-Zn系磁性/Mg-Al系CO3型水滑石前驅物粉末15g於空氣環境下，以500℃燒成2小時，自然冷卻後，得到1.4g之Ni-Zn系 磁性/Mg-Al系CO3型水滑石類化合物的複合粒子-樣本8。
(實施例9)
[Ni0.6Zn0.4Fe2O4-Mg3Al(OH)8(CO3)0.5複合粒子之調製(30.0重量%複合)]
<內層水滑石之合成>
與實施例8相同。
<對內層水滑石之Ni0.6Zn0.4Fe2O4的複合處理>
將上述Mg-Al系CO3型水滑石粉末20g加入至400ml去離子水中，以40℃分散1小時後，將含有ZnCl2-1.36g(0.01莫耳)、Ni(NO3)2‧6H2O-4.36g(0.015莫耳)及FeCl3‧6H2O-13.52g(0.05莫耳)的250ml水溶液與3.5莫耳/L之NaOH溶液54.30ml(0.19莫耳)同時歷時30分鐘，以吸引泵添加至上述水滑石懸濁液中。進而以85℃進行加熱處理1小時後，將其沉澱濾別並水洗，以185℃乾燥，得到Ni-Zn系磁性/Mg-Al系CO3型水滑石前驅物粉末27.0g。
<燒成>
將上述粉末20g於空氣環境下，以550℃燒成2小時，自然冷卻後，得到15.2g之Ni-Zn系磁性/Mg-Al系CO3型水滑石類化合物的複合粒子-樣本9。
<圖1~3>
針對樣本9之粒子形狀，藉由掃描型電子顯微鏡(HITACHI S-3000N；SEM)，於燒成處理前、燒成處理後及與KMnO4液之交換處理後分別進行拍攝。於圖1~3表示SEM照片。
作為與KMnO4之交換處理方法，使1.0g之KMnO4分散於350ml之去離子水後，加入20g之樣本10，於室溫攪拌處理2小時，再依85℃進行交換處理15小時。
(實施例10)
[Ni0.6Zn0.4Fe2O4-Mg3Al(OH)8(CO3)0.5複合粒子之調製(100.0重量%複合)]
<內層水滑石之合成>
與實施例8相同。
<對內層水滑石之Ni0.6Zn0.4Fe2O4的複合處理>
將上述Mg-Al系CO3型水滑石粉末20g加入至400ml去離子水中，以40℃分散1小時後，將含有ZnCl2-4.53g(0.033莫耳)、Ni(NO3)2‧6H2O-14.52g(0.05莫耳)及FeCl3‧6H2O-45.02g(0.167莫耳)的400ml水溶液與3.5莫耳/L之NaOH溶液180.82ml(0.633莫耳)同時歷時50分鐘，以吸引泵添加至上述水滑石懸濁液中。進而於350rpm攪拌下、以85℃進行加熱處理1小時後，將其沉澱濾別並水洗，以185℃乾燥，得到Ni-Zn系磁性/Mg-Al系CO3型水滑石前驅物粉末43.0g。
對表面成分以電場發射形掃描電子顯微鏡(日本電子(股)JSM 7800F；FE-SEM)進行分析的結果，以10次之平均值計，Ni與Zn之原子比率為1.51：1，Fe與(Ni+Zn)之原子比率為2.02：1。
<燒成>
將上述粉末20g於空氣環境下，以500℃燒成2小時，自然冷卻後，得到15.8g之Ni-Zn系磁性/Mg-Al系CO3型水滑石類化合物的複合粒子-樣本10。
(實施例11)
[Ni0.6Zn0.4Fe2O4-Mg3Al(OH)8(CO3)0.5複合粒子之調製(30.0重量%複合)]
於內層水滑石之合成中，除了將水熱處理條件變更為120℃、8小時以外，與實施例9同樣地實施，得到樣本11。
(實施例12)
[MgFe2O4-Ca2Al(OH)6Cl複合粒子之調製(10.0重量%複合)]
<內層水滑石之合成>
將CaCl2‧2H2O-58.80g(0.40莫耳)及AlCl3‧6H2O-48.29g(0.20莫耳)加入至480ml之去離子水，調製含有Ca及Al的水溶液。接著，將此水溶液於40℃保持0.5小時後，歷時30分鐘滴下3.50莫耳/L之NaOH液342.86ml(1.20莫耳)。將此含有沉澱之液保持為40℃並攪拌1.0小時後，以1.0L容量之高壓釜依120℃進行水熱處理8小時後，濾別其沉澱、水洗，以185℃乾燥，得到Ca-Al系Cl型水滑石粉末56g。
由銅Kα射線之X射線繞射分析的結果，可確認所得粉末具有水滑石構造。又，對所得Ca-Al系Cl型水滑石由螢光X射線進 行分析的結果，係以CaO換算計為45.75重量%、Al2O3換算計為20.90重量%、氯換算計為14.53重量%、由組成式Ca3.98Al2(OH)11.96(Cl)2.00所示之Ca-Al系Cl型水滑石類化合物。
<對內層水滑石之MgFe2O4系粒子的複合處理>
將上述Ca-Al系Cl型水滑石粉末20g加入至400ml去離子水中，以40℃分散1小時後，將含有MgCl2‧6H2O-2.04g(0.01莫耳)及FeCl3‧6H2O-5.40g(0.02莫耳)的300ml水溶液與3.5莫耳/L之NaOH液22.86ml(0.08莫耳)同時歷時20分鐘，以吸引泵添加至上述Ca-Al系Cl型水滑石懸濁液中。進而以85℃進行加熱處理1小時後，將其沉澱濾別並水洗，以105℃乾燥，得到Mg系磁性/Ca-Al系Cl型水滑石前驅物粉末22.5g。
<燒成>
將上述Mg系磁性/Ca-Al系Cl型水滑石前驅物粉末15g於空氣環境下，以500℃燒成2小時，自然冷卻後，得到11.5g之Mg系磁性/Ca-Al系Cl型水滑石類化合物的複合粒子-樣本12。
(實施例13)
[(Mg0.6Ca0.4)Fe2O4-Zn1.50Fe(II)1.58Fe(III)(OH)8.16Cl複合粒子之調製(15.0重量%複合)]
<內層水滑石之合成>
將ZnCl2-62.6g(0.43莫耳；98%和光特級試藥)、FeCl2‧ 4H2O-153.88g(0.774莫耳；97%和光特級試藥)加入至1000ml之去離子水，調製含有Zn及Fe的水溶液。接著，將此水溶液於40℃保持0.5小時後，依pH成為7.0之方式歷時30分鐘滴下3.50莫耳/L之NaOH液613.70ml(2.148莫耳)。將此含有沉澱之液保持為37℃並攪拌處理24小時後，以160℃真空乾燥，得到Zn，Fe-Fe系Cl型水滑石粉末133.58g。
由銅Kα射線之X射線繞射分析的結果，可確認所得粉末具有水滑石構造。又，所得Zn，Fe-Fe系Cl型水滑石經化學分析的結果，係以ZnO換算計為29.33重量%、FeO換算計為27.26重量%、Fe2O3換算計為19.17重量%、氯8.51重量%、[Zn+Fe(II)]與Fe(III)的原子比率為3.08：1，由組成式Zn3.00Fe(II)3.16Fe(III)2(OH)16.32(Cl)2.00所示之Zn，Fe-Fe系Cl型水滑石類化合物。
<對內層水滑石之(Mg0.6Ca0.4)Fe2O4系粒子的複合處理>
將上述Zn，Fe-Fe系Cl型水滑石類化合物之粉末20g加入至400ml去離子水中，以40℃分散1小時後，將含有MgCl2‧6H2O-1.83g(0.009莫耳)、CaCl2‧2H2O-0.88g(0.006莫耳)及FeCl3‧6H2O-8.11g(0.03莫耳)的300ml水溶液與3.5莫耳/L之NaOH溶液34.29ml(0.12莫耳)同時歷時20分鐘，以吸引泵添加至上述水滑石懸濁液中。進而以85℃進行加熱處理1小時後，將其沉澱濾別並水洗，以105℃乾燥，得到Mg-Ca系磁性/Zn，Fe-Fe系Cl型水滑石前驅物粉末23.5g。
<燒成>
將上述Mg-Ca系磁性/Zn，Fe-Fe系Cl型水滑石前驅物粉末15g於空氣環境下，以500℃燒成2小時，自然冷卻後，得到11.5g之Mg-Ca 系磁性/Zn，Fe-Fe系Cl型水滑石類化合物的複合粒子-樣本13。
(比較例1~8) (比較例1)
除了未進行MgFe2O4系粒子之複合處理及燒成以外，與實施例1同樣地調製Mg-Al系Cl型水滑石類化合物的粒子。
(比較例2 MgFe2O4-Mg3Al(OH)Cl)
除了未進行MgFe2O4系粒子之複合處理及燒成以外，與實施例4同樣地調製Mg-Al系Cl型水滑石類化合物的粒子。
(比較例3 MgFe2O4-Mg3Al(OH)Cl)
除了未進行MgFe2O4系粒子之複合處理及燒成以外，與實施例5同樣地調製Mg-Al系Cl型水滑石類化合物的粒子。
(比較例4 Mg3Fe(OH)Cl)
除了未於空氣環境下以400℃進行燒成處理2小時以外，與實施例6同樣地實施，調製Mg-Fe系Cl型水滑石類化合物的粒子。
(比較例5)
除了未進行Ni0.6Zn0.4Fe2O4系粒子之複合處理及於空氣環境下以550℃燒成處理2小時以外，與實施例8同樣地實施，調製Mg-Al系CO3型水滑石類化合物的粒子。
(比較例6)
除了將水熱處理條件變更為120℃、8小時，且未進行Ni0.6Zn0.4Fe2O4系粒子之複合處理及於空氣環境下以550℃燒成處理2小時以外，與實施例8同樣地實施，調製Ca-Al系Cl型水滑石類化合物的粒子。
(比較例7)
除了未進行MgFe2O4系粒子之複合處理及於空氣環境下以500℃燒成處理2小時以外，與實施例12同樣地實施，調製Ca-Al系Cl型水滑石類化合物的粒子。
(比較例8)
除了未進行(Mg0.6Ca0.4)Fe2O4系粒子之複合處理及於空氣環境下以400℃燒成處理2小時以外，與實施例13同樣地實施，調製Zn，Fe-Fe系Cl型水滑石類化合物的粒子。
<吸附試驗>
接著，如上述般測定所得之各複合粒子對各種離子的吸附。以下表示吸附用試料之調製方法、吸附試驗條件及其結果。
<各種之吸附試驗用水溶液的調製>
含有85mg/L-Cr2O7 2-的水溶液：調製含有0.1158g和光容量分析用標準物質K2Cr2O7的水溶液1000ml。
含有85mg/L硒酸離子(SeO4 2-)的水溶液：調製含有和光試藥 Na2SeO4(97%)0.1158g的水溶液1000ml。
含有65mg/L磷酸離子的水溶液：調製含有和光試藥NaH2PO4‧H2O 0.095g的水溶液1000ml。
含有100mg/L氟離子的水溶液：調製含有和光試藥NaF(97%)0.2228g的水溶液1000ml。
含有200mg/L-錳酸離子(MnO4 2-)的水溶液：調製含有和光特級試藥K2MnO4 0.3315g的水溶液1000ml。
含有20mg/L-HAsO4 2-離子的水溶液：調製含有和光試藥Na2HAsO4(99%)0.0475g的水溶液1000ml。
含有75mg/L-鍶(Sr2+)離子的水溶液：調製含有和光試藥Sr(NO3)2(無水98.0%)0.1850g的水溶液1000ml。
含有200mg/L-銫(Cs+)離子的水溶液：調製含有和光特級試藥CsNO3(99.9%)0.2936g的水溶液1000ml。
含有200mg/L-鈰(Ce3+)離子的水溶液：調製含有和光特級試藥Ce(NO3)3‧6H2O(98%)0.6324g的水溶液1000ml。
總金屬濃度120mg/L混合酸性溶液：調製含有和光多元素標準試液20m的水溶液200ml。和光多元素標準試液中之含有各元素的濃度為100mg/L(在1mol/L HNO3)，含有元素之種類係Al、B、Cd、Cr、Cu、Fe、Mo、Mn、Na、Pb及Zn合計12種。
<吸附試驗1>
對分別調製之Cr2O7 2-離子、硒酸離子(SeO4 2-)、磷酸離子、氟離子、過錳酸離子、二砷酸離子(HAsO4 2-)、鍶(Sr2+)離子、銫離子及鈰離子的水溶液100ml，加入樣本1~13及比較例1~8之粉末 0.5g，於攪拌下依28℃保持1小時。其後濾別，濾液之各種離子濃度係使用感應耦合電漿發光分光分析裝置(HITACHI SPS3500-DD；ICP)所測定。由其結果，算出由下式(3)所求得的除去率，記載於表1。
除去率(%)=(吸附前之離子濃度-吸附後之離子濃度)/吸附前之離子濃度×100 (3)
作為吸附後之粒子表面成分分析的一例，進行由FE-SEM之分析，由實施例2及實施例9之複合粒子表面檢測到0.48重量%及0.41重量%的Cr。
<吸附試驗2>
對調製之多元素標準水溶液200ml，加入樣本1~13及比較例1~8之粉末1.0g，於攪拌下依28℃保持6小時。其後濾別，使用濾液ICP(HITACHI SPS3500-DD)測定各種離子濃度。由其結果，算出由式(3)所求得的除去率，記載於表2。
<溶出試驗1>
將吸附後之各樣本1g加入至100ml去離子水，於攪拌下以28℃保持2小時。其後濾別，濾液係使用ICP測定各種離子濃度。其結果記載於表3。
<再吸附試驗1>
將吸附試驗1後之各樣本加入至0.05莫耳/L之Na2CO3溶液500ml中，於攪拌下以28℃保持0.5小時。其後，進行過濾、水洗及乾燥，進行與作成時相同條件的燒成處理，得到再生樣本。將各再生樣本依與吸附試驗1相同之條件針對磷酸離子實施試驗。又，進而於此吸附試驗後，依上述方法再一次作成再生樣本，實施與吸附試驗1相同的試驗。其結果記載於表4。
圖4表示水滑石類粒子之複合處理前後的X射線繞射分析的結果。處理後之複合粒子的波峰強度低落至原強度的6.6%。
圖5表示吸附試驗之表2所示之協和化學工業(股)製KW-300S及KW-500SH之X射線繞射分析的結果作為比較對象。KW-300S及KW-500SH為1.25Mg-Al系CO3型及2Mg-Al系CO3型水滑石。
圖6及圖7表示複合處理前後之粒子於550℃燒成處理2小時後之X射線繞射分析的結果。圖8表示與KMnO4液交換後之X射線繞射分析的結果。由交換後之粒子檢測到水滑石之波峰與肥粒鐵類物質的波峰。
本發明之磁性水滑石類複合粒子係具有優越之吸附能力的粒子。可認為粒子之懸濁液的pH值為10以上，重金屬離子係與粒子表面發生反應、或於內層之水滑石之層間進行離子交換。又，外層之肥粒鐵粒子由於帶有正電，故可認為在既定pH下，不利反應的離子、例如Cr2O7 2-(或CrO4 2-)般之離子等，係被外層之肥粒鐵粒子所吸附、或於內層之水滑石之層間進行離子交換。在僅有水滑石粒子的情況，若在吸附Cr2O7 2-(或CrO4 2-)般之離子後進行再水和處理，則有Cr6+再溶出5ppm的缺點，但磁性水滑石類複合粒子並不溶出Cr6+離子。
如表1所示，相較於比較例，複合處理之各種粒子的吸附能力高。於多元素金屬離子吸附試驗中，如表2所示，得到複合處理後之粒子之吸附能力較高的結果。另一方面，協和製品KW-300S及KW-500SH之吸附能力低，可見到Al及Mg之大量溶出。
關於適合電磁波吸收劑、紫外線吸附劑的磁性水滑石類複合粒子的調製，藉實施例14~23進行說明。
(實施例14)
[NiFe2O4-Ni8Al2(OH)20CO3複合粒子之調製(10.0重量%複合)]
<內層水滑石之合成>
將Ni(NO3)2‧6H2O-474.76g(1.60莫耳，含量98%之和光試藥)及Al(NO3)3‧9H2O-154.69g(0.40莫耳，含量97%之和光試藥)加入至去離子水，調製含有Ni及Al的酸性水溶液2000ml。
接著，於40℃之500ml去離子水中，將上述2000ml酸性水溶液及含有21.20gNa2CO3(0.2莫耳)之3.50莫耳/L之NaOH溶液1142.86ml(4.0莫耳)，於維持pH10之下歷時180分鐘同時滴下。將此含有沉澱之液保持為65℃並攪拌處理18小時後，濾別其沉澱、水洗，以185℃乾燥，得到水滑石類化合物粉末195g。
由銅Kα射線之X射線繞射分析的結果，可確認所得粉末具有水滑石構造。又，所得水滑石係由螢光X射線進行分析的結果，以NiO換算計為64.99重量%、Al2O3換算計為11.04重量%、CO3 2-換算計為6.50重量%、由組成式Ni8.10Al2(OH)20.2(CO3)2所示之Mg-Al系CO3型水滑石類化合物。
<對內層水滑石之Ni過量之NiFe2O4系粒子的複合處理>
將上述Mg-Al系CO3型水滑石類化合物之粉末23g加入至400ml去離子水中，以40℃分散1小時後，將含有Ni(NO3)2‧6H2O-4.45g(0.015莫耳，98%之和光試藥)及Fe(NO3)3‧9H2O-8.16g(0.02莫耳，99%之和光試藥)的200ml水溶液與3.5莫耳/L之NaOH溶液28.57ml(0.10莫耳) 同時歷時10分鐘，以吸引泵添加至上述水滑石懸濁液中。進而以85℃進行加熱處理1小時後，將其沉澱濾別並水洗，以105℃乾燥，得到Ni系磁性/Mg-Al系CO3型水滑石前驅物粉末27.5g。
<燒成>
將上述Ni系磁性/Mg-Al系CO3型水滑石前驅物粉末15g於氫氣環境下，以600℃燒成2小時，自然冷卻後，得到11.5g之Ni系磁性/Mg-Al系CO3型水滑石類化合物的複合粒子-樣本14。
(實施例15)
[CuFe2O4-Cu4Fe2(OH)12CO3複合粒子之調製(10.0重量%複合)]
<內層水滑石之合成>
將Cu(NO3)2‧3H2O-48.36g(0.20莫耳，99.9%之和光特級試藥)及Fe(NO3)3‧9H2O-41.22g(0.10莫耳，含量99%之和光特級試藥)加入至去離子水，調製含有Cu及Fe的酸性水溶液600ml。
接著，於40℃之600ml之上述酸性水溶液中，將含有18.00g之Na2CO3(0.17莫耳)之水溶液100ml與3.50莫耳/L之NaOH溶液85ml(0.30莫耳)，予以攪拌，於維持pH5之下歷時30分鐘同時滴下。將此含有沉澱之液保持為40℃並攪拌處理1.0小時後，使用1.0L容量之高壓釜以115℃進行水熱處理5小時。濾別其沉澱、水洗，以185℃乾燥，得到Cu-Fe系CO3型水滑石粉末34.5g。
由銅Kα射線之X射線繞射分析的結果，可確認所得粉末具有水滑石構造。又，所得水滑石係由螢光X射線進行分析的結果， 以CuO換算計為50.51重量%、Fe2O3換算計為25.35重量%、CO3 2-換算計為9.53重量%、由組成式Cu4Fe2(OH)12CO3所示之Cu-Fe系CO3型水滑石類化合物。
<對內層水滑石之CuFe2O4系粒子的複合處理>
將上述Cu-Fe系CO3型水滑石粉末24g加入至500ml去離子水中，以40℃分散1小時後，將含有Cu(NO3)2‧3H2O-2.42g(0.01莫耳)及Fe(NO3)3‧9H2O-8.16g(0.02莫耳)的250ml水溶液與3.5莫耳/L之NaOH溶液22.86ml(0.08莫耳)同時歷時20分鐘，以吸引泵添加至上述水滑石懸濁液中。進而以85℃進行加熱處理1小時後，將其沉澱濾別並水洗，以105℃乾燥，得到Cu-Fe系磁性/Cu-Fe系CO3型水滑石前驅物粉末27g。
<燒成>
將上述Ce-Fe系磁性/Cu-Fe系CO3型水滑石前驅物粉末15g於空氣環境下，以300℃燒成2小時，自然冷卻後，得到11.7g之Cu-Fe系磁性/Cu-Fe系CO3型水滑石類化合物的複合粒子-樣本15。
(實施例16)
[CuFe2O4-Cu4Cr2(OH)12CO3複合粒子之調製(10.0重量%複合)]
<內層水滑石之合成>
將Cu(NO3)2‧3H2O-48.36g(0.20莫耳，99.9%之和光特級試藥)及Cr(NO3)3‧9H2O-40.62g(0.10莫耳，含量98.5%之和光特級試藥)加入至 去離子水，調製含有Cu及Cr的酸性水溶液500ml。
接著，於上述40℃之500ml酸性水溶液中，將含有18.00gNa2CO3(0.17莫耳)之水溶液100ml與3.50莫耳/L之NaOH85ml(0.30莫耳)，予以攪拌，於維持pH4.4之下歷時30分鐘同時滴下。將此含有沉澱之液保持為40℃並攪拌處理1.0小時後，使用1.0L容量之高壓釜以125℃進行水熱處理8小時。濾別其沉澱、水洗，以185℃乾燥，得到Cu-Cr系CO3型水滑石粉末34.0g。
由銅Kα射線之X射線繞射分析的結果，可確認所得粉末具有水滑石構造。又，所得水滑石係由螢光X射線進行分析的結果，以CuO換算計為51.14重量%、Cr2O3換算計為24.42重量%、CO3 2-換算計為9.64重量%、由組成式Cu4Cr2(OH)12CO3所示之Cu-Cr系CO3型水滑石類化合物。
<對內層水滑石之CuFe2O4系粒子的複合處理>
將上述Cu-Cr系CO3型水滑石粉末24g加入至500ml去離子水中，以40℃分散1小時後，將含有Cu(NO3)2‧3H2O-2.42g(0.01莫耳)及Fe(NO3)3‧9H2O-8.16g(0.02莫耳)的250ml水溶液與3.5莫耳/L之NaOH溶液22.86ml(0.08莫耳)同時歷時20分鐘，以吸引泵添加至上述水滑石懸濁液中。進而以85℃進行加熱處理1小時後，將其沉澱濾別並水洗，以105℃乾燥，得到Cu-Fe系磁性/Cu-Cr系CO3型水滑石前驅物粉末27g。
<燒成>
將上述Cu-Fe系磁性/Cu-Cr系CO3型水滑石前驅物粉末15g於空 氣環境下，以300℃燒成2小時，自然冷卻後，得到11.5g之Cu-Fe系磁性/Cu-Cr系CO3型水滑石類化合物的複合粒子-樣本16。
(實施例17)
[Ni0.5Co0.5Fe2O4-Ni0.7Co0.1Mg5.2Al2(OH)16CO3複合粒子之調製(10.0重量%複合)]
<內層水滑石之合成>
將Co(NO3)2‧6H2O-1.19g(0.004莫耳，98.0%之和光特級試藥)、Ni(NO3)2‧6H2O-8.31g(0.028莫耳，98.0%之和光特級試藥)、Mg(NO3)2‧6H2O-54.42g(0.208莫耳，98.0%之和光試藥)、Al(NO3)3‧9H2O-30.94g(0.08莫耳，97%之和光試藥)加入至去離子水，調製含有Ni、Co、Mg及Al的酸性水溶液500ml。
接著，於上述40℃之500ml酸性水溶液中，將含有11.31gNa2CO3(0.105莫耳)之水溶液與3.20莫耳/L之NaOH200.0ml(0.64莫耳)，予以攪拌，於維持pH10之下歷時30分鐘滴下。將此含有沉澱之液保持為40℃並攪拌處理1.0小時後，使用1.0L容量之高壓釜以150℃進行水熱處理8小時。濾別其沉澱、水洗，以185℃乾燥，得到Ni，Co，Mg-Al系CO3型水滑石粉末25.6g。
由銅Kα射線之X射線繞射分析的結果，可確認所得粉末具有水滑石構造。又，所得水滑石係由螢光X射線進行分析的結果，以NiO換算計為9.34重量%、以CoO換算計為1.34重量%、以MgO換算計為37.46重量%、Al2O3換算計為18.22重量%、CO3 2-換算計為10.73重量%、由組成式Ni0.70Co0.10Mg5.22Al2(OH)16.04CO3所示之Ni， Co，Mg-Al系CO3型水滑石類化合物。
<對內層水滑石之Ni0.5Co0.5Fe2O4系粒子的複合處理>
將上述Ni，Co，Mg-Al系CO3型水滑石粉末23g加入至500ml去離子水中，以40℃分散1小時後，將含有Ni(NO3)2‧6H2O-1.48g(0.005莫耳，含量98.0%之和光特級試藥)、Co(NO3)2‧6H2O-1.49g(0.005莫耳，98.0%之和光特級試藥)及Fe(NO3)3‧9H2O-8.16g(0.02莫耳，含量99.0%之和光特級試藥)的250ml水溶液與3.5莫耳/L之NaOH溶液22.86ml(0.08莫耳)同時歷時20分鐘，以吸引泵添加至上述水滑石懸濁液中。進而以85℃進行加熱處理1小時後，將其沉澱濾別並水洗，以110℃乾燥，得到Ni-Co系磁性/Ni，Co，Mg-Al系CO3型水滑石前驅物粉末26g。
<燒成>
將上述Ni-Co系磁性/Ni，Co，Mg-Al系CO3型水滑石前驅物粉末15g於空氣環境下，以450℃燒成2小時，自然冷卻後，得到11.5g之Ni-Co系磁性/Ni，Co，Mg-Al系CO3型水滑石類化合物的複合粒子。
<浸漬>
進而將上述粒子依室溫，以同體積之0.01莫耳/L之K2CO3水溶液進行浸漬，以110℃乾燥處理15小時後，得到鉀(K)改質之Ni-Co系磁性/Ni，Co，Mg-Al系CO3型水滑石類化合物的複合粒子-樣本17。
(實施例18)
[Au(1.0重量%)-Mn0.7Cu0.3Fe2O4(10.0重量%)-Ni0.8Mg5.2Al2(OH)16CO3複合粒子之調製]
<內層水滑石之合成>
將Ni(NO3)2‧6H2O-9.50g(0.032莫耳，含量98.0%之和光特級試藥)、Mg(NO3)2‧6H2O-54.42g(0.208莫耳，98.0%之和光試藥)、Al(NO3)3‧9H2O-30.94g(0.08莫耳，97%之和光試藥)加入至去離子水，調製含有Ni、Co、Mg及Al的酸性水溶液500ml。
接著，於上述40℃之500ml酸性水溶液中，將含有11.31gNa2CO3(0.105莫耳)之水溶液與3.20莫耳/L之NaOH200.0ml(0.64莫耳)，予以攪拌，於維持pH10之下歷時30分鐘滴下。將此含有沉澱之液保持為40℃並攪拌處理1.0小時後，使用1.0L容量之高壓釜以150℃進行水熱處理8小時。濾別其沉澱、水洗，以185℃乾燥，得到Ni，Mg-Al系CO3型水滑石粉末26.0g。
由銅Kα射線之X射線繞射分析的結果，可確認所得粉末具有水滑石構造。又，所得水滑石係由螢光X射線進行分析的結果，以NiO換算計為12.15重量%、以MgO換算計為42.65重量%、以Al2O3換算計為20.75重量%、CO3 2-換算計為12.21重量%、由組成式Ni0.8Mg5.21Al2(OH)16.02CO3所示之Ni，Mg-Al系CO3型水滑石類化合物。
<對內層水滑石之Mn0.7Cu0.3Fe2O4系粒子的10.0重量%的複合處理>
將上述Ni，Mg-Al系CO3型水滑石粉末23g加入至500ml去離子水中，以40℃分散1小時後，將含有MnSO4‧H2O-1.22g(0.007莫耳，和光試藥97%)、Cu(NO3)2‧3H2O-0.73g(0.003莫耳，99.9%之和光特級 試藥)及Fe(NO3)3‧9H2O-8.16g(0.02莫耳，含量99.0%之和光特級試藥)的250ml水溶液與3.5莫耳/L之NaOH溶液22.86ml(0.08莫耳)同時歷時20分鐘，以吸引泵添加至上述水滑石懸濁液中。進而以85℃進行加熱處理1小時後，將其沉澱濾別並水洗，以105℃乾燥，得到Mn-Cu-Fe系磁性/Ni，Mg-Al系CO3型水滑石前驅物粉末26g。
<對Mn-Cu-Fe系磁性/Ni，Mg-Al系CO3型水滑石前驅物的Au1.0重量%的複合處理>
將上述Mn-Cu-Fe系磁性/Ni，Mg-Al系CO3型水滑石前驅物粉末20g加入至500ml去離子水中，以40℃分散1小時後，維持350rpm之攪拌速度，將含有0.404g之Na[AuCl4]‧2H2O的水溶液200ml歷時20分鐘，以吸引泵進行添加。進而以40℃、1小時之條件進行熟成後，將其沉澱濾別並水洗，以105℃乾燥，得到Au-[Mn-Cu-Fe]系磁性/Ni，Mg-Al系CO3型水滑石前驅物粉末。ICP之分析的結果，Au含量為1.0重量%。
<燒成>
將上述粉末15g於空氣環境下，以400℃燒成2小時，自然冷卻後，得到11.5g之Au-[Mn-Cu-Fe]系磁性/Ni，Mg-Al系CO3型水滑石類化合物的複合粒子-樣本18。
(實施例19)
[Ru(1重量%)-Ni0.5Co0.5Fe2O4(10重量%)-Ni0.7Co0.1Mg5.2Al2(OH)16CO3‧4H2O複合粒子之調製]
<內層水滑石之合成>
內層水滑石之合成係與實施例17相同。
<對Ni-Co系磁性/Ni，Co，Mg-Al系CO3型水滑石前驅物的Ru1.0重量%的複合處理>
將濃度11.09重量%之Ru(NO3)3之5.123g分散於去離子水250ml，於攪拌下加入Ni-Co系磁性/Ni，Co，Mg-Al系CO3型水滑石前驅物粉末20g，以28.0℃分散1小時後，於攪拌下以85℃進行濃縮、乾燥，得到含有Ru之複合粒子-樣本19。分析的結果，Ni為7.05重量%，Co為2.00重量%，Fe為4.32重量%，Mg為18.2重量%，Al為7.77重量%，Ru為1.00重量%。
(實施例20) [Ni0.6Zn004Fe2O4-Mg3Al(OH)8(CO3)0.5與KMnO4水溶液的交換處理]
交換前之粒子調製方法係與實施例10(樣本10)相同。
將1.0g之KMnO4分散於350ml去離子水後，加入20g之樣本10，於室溫攪拌處理2小時，再以85℃進行交換處理15小時。交換後之水溶液呈透明。將其沉澱進行濾別及水洗，以80℃真空條件乾燥10小時，得到樣本20。
(實施例21)
[Ni0.5Co0.5Fe2O4-Cu4Fe2(OH)12(CO3)複合粒子之調製(100.0重量%複合)]
<內層水滑石之合成>
內層水滑石之合成係與實施例16相同。
<對Cu4Fe2(OH)12(CO3)粒子之Ni0.5Co0.5Fe2O4的100重量%複合處理>
將實施例16之方法所得之Cu4Fe2(OH)12(CO3)粒子34g加入至400ml去離子水中，以40℃分散1小時後，將含有Ni(NO3)2‧6H2O-21.51g(0.0725莫耳，和光試藥98重量%)、Co(NO3)2‧6H2O-21.53g(0.0725莫耳，和光試藥98重量%)、及Fe(NO3)3‧9H2O-117.28g(0.29莫耳，和光試藥99.9重量%)的600ml水溶液與3.5莫耳/L之NaOH溶液331.43ml(1.16莫耳)同時歷時80分鐘，以吸引泵添加至上述水滑石懸濁液中。進而以85℃進行加熱處理1小時後，將其沉澱濾別並水洗，以185℃乾燥，得到Ni-Co系磁性/Cu-Fe系CO3型水滑石類化合物之複合粒子的前驅物69.5g。
<燒成>
將上述Ni-Co系磁性/Cu-Fe系CO3型水滑石複合前驅物粉末50g於空氣環境下，以500℃燒成2小時，自然冷卻後，得到38g之Ni-Co系磁性/Cu-Fe系CO3型水滑石類化合物粒子-樣本21。
(實施例22)
[SrFe12O19-Mg6Fe2(OH)16(Cl)2.0複合粒子之調製(100.0重量%複合)]
<內層水滑石之合成>
內層水滑石之合成係與實施例6相同
<對Mg6Fe2(OH)16(Cl)2.0粒子的SrFe12O19100重量%的複合處理>
將實施例6之方法所得的Mg6Fe2(OH)16(Cl)2.0粒子53g加入至300ml去離子水中，以40℃分散1小時後，將含有Sr(NO3)2-10.80g(0.05莫耳，和光試藥98重量%)、Fe(NO3)3‧9H2O-244.85g(0.60莫耳，和光試藥99.9重量%)及檸檬酸C6H8O7‧H2O-74g(0.35莫耳，和光試藥99.9重量%)的500ml水溶液歷時80分鐘，以吸引泵添加至上述水滑石懸濁液中。進而以85℃進行加熱處理1小時後，將其沉澱濾別並水洗，以105℃乾燥，得到SrFe12O19-Mg6Fe2(OH)16(Cl)2.0複合粒子之前驅物107.5g。
<燒成>
將上述水滑石複合前驅物粒子於空氣環境下，以200℃乾燥2小時，接著於空氣環境下以700℃燒成2小時，得到樣本22。
(實施例23)
[Ni0.7Mn0.3Fe2O4-Zn6Fe2(OH)16CO3複合粒子之調製(150重量%複合)]
<內層水滑石之合成>
將Zn(NO3)2‧6H2O-180.30g(0.60莫耳，99%之和光特級試藥)、Fe(NO3)3‧9H2O-81.62g(0.20莫耳，含量99%之和光特級試藥)加入至去離子水，調製含有Zn及Fe的酸性水溶液800ml。於37℃之去離子水300ml後，將上述酸性水溶液與含有16g之Na2CO3之3.5莫耳/L之 NaOH水溶液445ml，於維持pH7之下歷時90分鐘以吸引泵同時添加。進而於攪拌下，以37℃熟成處理30小時後，濾別其沉澱、水洗，以185℃乾燥，得到Zn-Fe系CO3型水滑石粉末90g。
所得水滑石係由螢光X射線進行分析的結果，以ZnO換算計為58.40重量%、以Fe2O3換算計為19.10重量%、CO3 2-換算計為7.18重量%、由組成式Zn6.02Fe2(OH)16.04CO3所示之Zn-Fe系CO3型水滑石類化合物。
<對內層水滑石之Ni0.7Mn0.3Fe2O4的150重量%複合處理>
將上述Zn-Fe系CO3型水滑石粉末40g加入至500ml去離子水中，以40℃分散1小時後，將含有Ni(NO3)2‧6H2O-54.0g(0.182莫耳，和光試藥98重量%)、MnSO4‧H2O-13.59g(0.078莫耳，和光試藥97%)、Fe(NO3)3‧9H2O-212.2g(0.52莫耳，和光試藥99.9重量%)的1000ml水溶液與2.08莫耳之NaOH水溶液(3.5莫耳/L液)594.3ml同時歷時120分鐘，以吸引泵添加至上述水滑石懸濁液中。進而以350rpm攪拌，且以85℃進行加熱處理1小時後，將其沉澱濾別並水洗，以110℃乾燥，得到Ni-Mn系磁性/Zn-Fe系CO3型水滑石前驅物粉末101g。
<燒成>
將上述Ni-Mn系磁性/Zn-Fe系CO3型水滑石前驅物於空氣環境下，以500℃燒成2小時，自然冷卻後，得到樣本23。
(比較例9~14) (比較例9)
與實施例14同樣地實施，調製Mg-Al系CO3型水滑石粒子。其中，未進行Ni過量之NiFe2O4系粒子的複合處理。
(比較例10)
與實施例15同樣地實施，調製Cu-Fe系CO3型水滑石粒子。其中，未進行CuFe2O4系粒子的複合處理。
(比較例11)
與實施例16同樣地實施，調製Cu-Cr系CO3型水滑石粒子。其中，未進行CuFe2O4的複合處理。
(比較例12)
與實施例17同樣地實施，調製Ni，Co，Mg-Al系CO3型水滑石粒子。其中，未進行Ni0.5Co0.5Fe2O4的複合處理。
(比較例13)
與實施例18同樣地實施，調製Ni，Mg-Al系CO3型水滑石粒子。其中，未進行Mn0.7Cu0.3Fe2O4(10.0重量%)的複合處理。
(比較例14)
與實施例19同樣地實施，調製粒子。其中，未進行Ni0.5Co0.5Fe2O4(10重量%)的複合處理。
[紫外線吸收效果]
將粉末成型處理為直徑3cm×厚3mm，圖9表示分光光度計(HITACHI U-4100 Spectrophotometer)所測定之光吸收結果。實施例14及實施例23之複合粒子係對於1395~1700nm之紅外線，顯示強反射之特徵。又，相較於屬於Ma-Al系CO3型水滑石的協和製品DHT6，實施例14及實施例23之複合粒子係對於UV-A波(315~380nm)、UV-B波(280~315nm)、UV-C波(~280nm)，顯示強吸收。
[電磁波吸收效果]
實施例14~23之粒子顯示強磁性。表5表示藉由磁石確認複合處理前後粒子有無磁性的結果。
於40重量%直鏈狀低密度聚乙烯，分別調配混練實施例21及比較例10粒子60重量%，成形為10cm×14cm×0.2cm後，以自由空間法測定電磁波吸收效果。其結果係如圖10所示，確認到具有電磁波吸收效果。相較於比較例10，實施例21顯示較強吸收。
圖11表示實施例22複合粒子之由振動式磁力計所得的磁矩的測定結果。於磁場施加下顯示磁化。
圖12表示將5g之實施例22粒子裝入5×7×0.04cm之具夾鏈塑袋，使用磁石確認有無磁力的照片。
[有害氣體吸附效果]
於氟樹脂材質之1L容量無菌鋁箔包(tetra pack，稱呼1，尺寸(mm)150×250，商品碼WEB0427)，裝入複合粒子之粉末30mg及100ppm測定用有味氣體H2S、COS、CH3SH或CH2CH2，分別於室溫(26℃)放置5分鐘。其後藉由氣體層析(島津製作所GC-14B)，分析無菌鋁箔包內具有之氣體的濃度。由其結果，算出下式(4)所求得的除去率，記載於表6。
除去率%=(吸收前之氣體濃度ppm-吸收後之氣體濃度ppm)/吸收前之氣體濃度ppm×100 (4)
本發明之粒子除了電磁波吸收劑以外，亦可期待作為紫外線吸收劑或有味氣體之吸收劑等。例如，對於NH3及H2S等酸性氣體亦有效果。藉KMnO4進行交換處理後之複合粒子、例如實施例20之複合粒子，係對CH2CH2般之氣體亦具有吸收效果。
再者，本發明之粒子由於亦具有與陰離子的交換性質，故若與陰離子進行交換處理，可對本發明之複合粒子賦予新機能。例如，若與KBrO3進行交換，則可於水滑石層間導入BrO3 -陰離子，BrO3 -陰離子由於具有強還原性，故亦可期待作為含有H2O2、N,N-二甲基-4-(苯基二氮烯基)苯胺(C14H15N3)、4-二甲基胺基偶氮苯-4-磺酸鈉鹽(C14H14N3NaO3S，甲基橙)等之排水的處理劑。
(發明效果)
本發明之磁性水滑石類複合體係具有燒成所伴隨之凝集少、分散性高、活性高等優點。又，使用作為觸媒時之再利用性高。再者，本發明之磁性水滑石類複合體可高效率地吸附複數種類之離子。
根據本發明之磁性水滑石類複合體之製造方法，藉由於水滑石類化合物表面使肥粒鐵類物質析出，則抑制燒成步驟所造成之凝集，對燒成處理後之水滑石類化合物之表面活性進行改良，進而可提升使用作為觸媒時的再利用性。
(產業上之可利用性)
本發明之磁性水滑石類複合體可用於土壤、地下水或廢水之有害物質的吸附劑、電磁波吸收劑、紫外線吸收劑等。

Claims (13)

  1. 一種磁性水滑石類複合體，係含有內層與外層，內層為水滑石類化合物，外層為肥粒鐵類化合物。
  2. 如申請專利範圍第1項之磁性水滑石類複合體，其中，外層之肥粒鐵類化合物的含量為0.5~95重量%。
  3. 如申請專利範圍第1項之磁性水滑石類複合體，其中，內層為下式(1)所示之水滑石類化合物，外層為下式(2-1)、(2-2)或(2-3)所示之肥粒鐵類化合物；[M2+ 1-xM3+ x(OH)2][An- x/n‧yH2O] (1)(式中，M2+為由Mg2+、Ca2+、Mn2+、Fe2+、Co2+、Ni2+、Cu2+、Zn2+、Sr2+、Cd2+及Pb2+所組成群選擇之至少1種2價金屬離子；M3+為由La3+、Al3+、Ga3+、Mn3+、Co3+、Y3+、Ce3+、Fe3+、Cr3+及In3+所組成群選擇之至少1種3價金屬離子；An-為由CO3 2-、SO4 2-、Cl-、SiO3 2-、PO4 3-、NO3 -、OH-、CH3PO4 2-、C2O4 2-、HCOO-、CH3COO-及CH3SO3 -所組成群選擇之至少1種n價陰離子；x滿足0.15≦x≦0.5，y滿足0≦y<5，n為1以上之整數；)AFe2O4 (2-1)(式中，A為由Ni、Zn、Cu、Mn、Co及Mg所組成群選擇之至少1種；)XFe12O19 (2-2)(式中，X為由Sr、Ba及Pb所組成群選擇之至少1種；)RFe5O12 (2-3)(式中，R係元素周期表中，第3族錒除外之第4周期至第6周期的 稀土族元素)。
  4. 如申請專利範圍第3項之磁性水滑石類複合體，其中，內層之水滑石類化合物之M2+與M3+的原子比率為1.0：1.0-6.0：1.0。
  5. 如申請專利範圍第3項之磁性水滑石類複合體，其中，於外層，進一步使由Au、Ag、Ru、Pt、Rh、Ir、Rb、Os及Pd所組成群選擇之至少1種貴金屬之鹽載持0.2~5.0重量%作為貴金屬元素。
  6. 一種土壤、地下水或廢水中之有害物質的吸附劑，係由申請專利範圍第1至5項中任一項之磁性水滑石類複合體所構成。
  7. 一種電磁波吸收劑，係由申請專利範圍第1至5項中任一項之磁性水滑石類複合體所構成。
  8. 一種紫外線吸收劑，係由申請專利範圍第1至5項中任一項之磁性水滑石類複合體所構成。
  9. 一種磁性水滑石類複合體之製造方法，係申請專利範圍第1項之磁性水滑石類複合體之製造方法，其包括：(1)將含有構成內層之水滑石類化合物之元素的金屬鹽與鹼性溶液混合，將溶液之pH值控制為7~11，於20~270℃之溫度製造內層之水滑石類化合物的步驟(1)；(2)於含有所得水滑石類化合物之漿料中，添加含有構成外層之肥粒鐵類化合物之元素的金屬鹽的酸性溶液、與鹼性溶液，將溶液之pH值控制為7~11，於40~250℃以下之溫度形成外層，製造前驅物的步驟(2)；及(3)將前驅物於200℃~800℃之溫度範圍進行燒成的步驟(3)。
  10. 如申請專利範圍第9項之製造方法，其中，構成內層之水滑石類化合物的2價金屬離子鹽為由MgCl2、CaCl2、ZnCl2及FeCl2所組成群 選擇之至少1種。
  11. 如申請專利範圍第9項之製造方法，其中，構成內層之水滑石類化合物的3價金屬離子鹽為AlCl3。
  12. 如申請專利範圍第9項之製造方法，其中，構成內層之水滑石類化合物的陰離子鹽為Na2CO3。
  13. 如申請專利範圍第9項之製造方法，其中，含有構成外層之肥粒鐵類化合物之元素的金屬鹽為由FeCl3、MgCl2、Ni(NO3)及ZnCl2所組成群選擇之至少1種。
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