TWI414483B - 快速製備層狀雙氫氧化物的方法 - Google Patents

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快速製備層狀雙氫氧化物的方法
本發明是有關於一種快速製備層狀雙氫氧化物的方法，且特別是有關於一種不需使用鋰鹽或鋁鹽製備層狀雙氫氧化物的方法。
層狀雙氫氧化物(layered double hydroxides；LDHs)，是一種層狀無機材料，其表面帶有正電性，層狀結構主體中具有可交換的陰離子，具備離子交換的特性，因此可應用作為吸附劑，常用於吸收水溶液中之重金屬元素(如：鉻、砷等)。
典型的層狀雙氫氧化物係由兩種金屬離子構成，利用不同的金屬離子及不同的層間陰離子Am- 即可組成不同種類的層狀雙氫氧化物，例如以鎂、鋁及碳酸根(CO3 2- )組成之Mg-Al-CO3 LDH或鋰、鋁及氯離子(Cl- )組成之Li-Al-Cl LDH。
傳統上製備層狀雙氫氧化物的方法包括離子交換法、共沈澱法、焙燒復原法及甘油交換效應法。以Li-Al LDH之製備為例，利用共沈澱法可得到粉末狀的Li-Al LDH；例如Serna等人利用Aluminum tri-sec-butoxide(Al[C2 H5 CH(CH3 )O]3 ；ASB)當鋁離子的來源，以苯或無水的異丙醇當作溶劑製備ASB溶液，利用滴定法將ASB加入Li2 CO3 中，使溶液中的Al/Li比例小於2，水解反應時間需4～20小時後方可生成Li-Al LDH。需加入過量的Li2 CO3 以避免溶液中析出鋁的氫氧化物。
Sissoko等人、Chisem等人、Shumaker等人也利用滴定法將LiOH‧H2 O與Na2 CO3 的混合物滴定至AlCl3 ‧6H2 O或Al(NO3 )3 ‧9H2 O溶液中，滴定過程必須劇烈攪拌，總滴定時間需要至少45分鐘～1小時，pH值從起始的13降到10.2。膠狀的析出物析出後，保持在輕微攪拌的情況下攪拌12～18小時後過濾，過濾物洗淨後在70℃～100℃需下乾燥15～18小時。此外，以Na2 SO4 或Na4 Fe(CN)6 取代Na2 CO3 可以製備層間為SO4 2- 或Fe(CN)6 4- 的Li-Al LDHs粉末。
Dutta等人利用共沉澱法將鋁溶解在NaOH水溶液，再將LiCl溶進製備的溶液中，混合的溶液需在90℃下保持48小時，才能產生層間為Cl- 之Li-Al LDH粉末。
Fogg等人、Besserguenev等人及利用插層法(Intercalation method)，將gibbsite(γ-Al(OH)3 、(α-Al(OH)3 )或Bayerite(β-Al(OH)3 )，加入LiCl、LiBr或LiNO3 後在水溶液中90℃需懸浮攪拌12～14小時，gibbsite或Bayerite會完全轉變成層間為Cl- 、Br- 或NO3 2- 之Li-Al LDHs，過濾及清洗後需在90℃下乾燥24小時。
根據上述習知技術，可知傳統製備層狀雙氫氧化物的方法，皆需要以含有鋁、鋰的鹽類或化合物(例如LiCl、LiOH‧H2 O、AlCl3 ‧6H2 O、Al(NO3 )3 ‧9H2 O等)為原料，才能製備層狀雙氫氧化物。再者，習知方法製成層狀雙氫氧化物至少要數小時甚至數天的時間，其製程均耗時甚久，無法符合當前大量生產的工業化製程需求，因此需要一種更有效率的方法製備層狀雙氫氧化物。
因此，本發明之一態樣是在提供一種快速製備層狀雙氫氧化物的方法，包含提供一含Li+ 陽離子及Al3+ 陽離子的水溶液，再於此水溶液中加入一不含鋰鹽或鋁鹽之夾層陰離子起使物，夾層陰離子起使物之陰離子可與Li+ 、Al3+ 陽離子結合，形成一層狀雙氫氧化物Li-Al LDH。
依據本發明之實施例，夾層陰離子起使物可包含二氧化碳、氯化物、溴化物、碘化物、硝酸鹽化合物、硫酸鹽化合物或碳酸鹽化合物之其中一種。其中，氯化物可包含NaCl，硝酸鹽化合物可包含NaNO3 ，硫酸鹽化合物可包含Na2 SO4 ，碳酸鹽化合物可包含Na2 CO3 ，碘化物可包含KI，溴化物可包含AgBr。
依據本發明另一實施例，形成含Li+ 陽離子及Al3+ 陽離子的水溶液之方法包含於純水通入惰性氣體去除其中的氧氣及二氧化碳，接著加入鋁-鋰介金屬化合物粉末進行攪拌，過濾後可得到含Li+ 陽離子及Al3+ 陽離子的水溶液。
本發明之快速製備層狀雙氫氧化物的方法，不需使用鋰鹽或鋁鹽，僅需將可作為夾層陰離子的起使物加入含有Li+ 陽離子及Al3+ 陽離子的水溶液中，即可快速形成層狀雙氫氧化物，製程簡便且效率高。
層狀雙氫氧化物係由兩種金屬離子構成，其組成通式為[MZ+ 1-x M3+ x (OH)2 ]a+ (Am- )a/m ．nH2 O，其中MZ+ 為二價金屬陽離子或一價金屬陽離子，M3+ 為三價金屬陽離子，Am- 為在鹼性溶液中可穩定存在的陰離子，不同的MZ+ 、M3+ 及不同的層間陰離子Am- 即可組成不同種類的層狀雙氫氧化物，當Z=1時a=2x-1；Z=2時a=x；0.1≦x≦0.5；m為夾層陰離子所帶之價電數；1≦n≦20。
請參照第1圖，其繪示依照本發明一實施方式以夾層陰離子起使物製備Li-Al LDH的步驟流程圖。
本發明之一實施方式如第1圖所示，提供一含Li+ 陽離子及Al3+ 陽離子的水溶液，再於此水溶液中加入一不含鋰鹽或鋁鹽之夾層陰離子起使物。夾層陰離子起使物之陰離子可與Li+ 、Al3+ 陽離子結合，形成一層狀雙氫氧化物Li-Al LDH。其中，夾層陰離子起使物可包含二氧化碳、氯化物、溴化物、硝酸鹽化合物、硫酸鹽化合物或碳酸鹽化合物之其中一種。
根據本發明實施方式之一實施例，夾層陰離子起使物係二氧化碳，於含Li+ 陽離子及Al3+ 陽離子的水溶液中通入二氧化碳，二氧化碳溶於水中形成碳酸根離子，其碳酸根可與Li+ 、Al3+ 陽離子結合形成Li-Al-CO3 LDH。
本發明之另一實施例，形成含Li+ 離子及Al3+ 離子的水溶液的方法包含於純水通入惰性氣體(例如氮氣或氬氣)，去除其中的氧氣及二氧化碳，接著加入鋁-鋰介金屬化合物 粉末進行攪拌，過濾後可得到含Li+ 陽離子及Al3+ 陽離子的水溶液。其中，鋰-鋁介金屬化合物包含AlLi、AlLi2 、Al2 Li3 或Al4 Li9 ，形成上述介金屬化合物粉末的方法可包含熔煉法、機械化學法、機械合金法等，但不僅限於上述方法。
實施例1
將鋁-鋰介金屬化合物(AlLi)研磨成粉末，取0.4克AlLi粉末加入100毫升之去離子水中，並攪拌1分鐘。將反應後之溶液用濾紙(孔徑為2微米)過濾後可得到一含有Al3+ 陽離子及Li+ 陽離子的澄清溶液。
將二氧化碳氣體以2.5 mbar±0.5 mbar之壓力通入上述之澄清溶液中，約30秒後即有白色Li-Al-CO3 LDH(夾層之陰離子為CO3 2- )於澄清溶液中析出，接著將析出之Li-Al-CO3 LDH用濾紙過濾並進行真空乾燥。
依照本發明之一實施例，於上述反應進行時可搭配一裝置，使含有Al3+ 陽離子及Li+ 陽離子的澄清溶液不會與空氣接觸，此裝置繪示於第2圖。如第2圖所示，裝置200包含一槽體210，可具有一可開闔的上蓋220，一進氣孔230及一出氣孔240可設置於上蓋220或槽體210之適當位置，分別連接管路以通入氣體。
依照本發明之實施例，含有Al3+ 陽離子及Li+ 陽離子的澄清溶液250盛裝於槽體210中，由進氣孔230處通入二氧化碳氣體，並由出氣孔240處通出，使槽體210內維持正壓環境，其中箭頭所指方向為氣體流向。
第3A圖為本發明實施例1製備出之Li-Al-CO3 LDH的SEM影像；第3B圖為第3A圖所示之Li-Al-CO3 LDH的XRD能譜圖。
請參照第4圖，為本發明實施例1之含Al3+ 陽離離子及Li+ 陽離離子水溶液中CO2 吸收量相對於時間之曲線圖；利用第4圖計算出每公升該溶液可吸收約3.98克的CO2 。
實施例2
將鋁-鋰介金屬化合物(AlLi)研磨成粉末，取0.4克鋁-鋰介金屬化合物粉末加入100毫升之去離子水中，並攪拌1分鐘。將反應後之溶液用濾紙(孔徑為2微米)過濾後可得到一含有Al3+ 陽離子及Li+ 陽離子的澄清溶液。
依照本發明之實施例，含有Al3+ 陽離子及Li+ 陽離子的澄清溶液250盛裝於槽體210中，由進氣孔230處通入惰性氣體(氮氣或氬氣)，並由出氣孔240處通出，使槽體210內維持正壓環境，其中箭頭所指方向為氣體流向。NaCl亦由進氣孔230加入。
在惰性氣氛保護下將1克之NaCl加入上述之清澈溶液中，充分攪拌後即有白色Li-Al-Cl LDH(夾層之陰離子為Cl- )從溶液中析出，接著將析出之Li-Al-Cl LDH真空乾燥，可得到層狀雙氫氧化物Li-Al-Cl LDH。第5圖為本發明實施例2製備出之Li-Al-Cl LDH的SEM影像。
由上述本發明實施方式可知，應用本發明之方法製備 Li-Al LDH，僅需將可作為夾層陰離子的起使物加入含有Li+ 陽離子及Al3+ 陽離子的水溶液中，不需使用鋰鹽或鋁鹽，即可快速形成層狀雙氫氧化物，製程簡便且效率高。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
200‧‧‧裝置
210‧‧‧槽體
220‧‧‧上蓋
230‧‧‧進氣孔
240‧‧‧出氣孔
250‧‧‧溶液
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖係繪示依照本發明一實施方式以二氧化碳作為夾層陰離子起使物製備Li-Al LDH的步驟流程圖。
第2圖係繪示依照本發明實施例1與2製備Li-Al LDH的裝置示意圖。
第3A圖為本發明實施例1製備出之Li-Al-CO3 LDH的SEM影像。
第3B圖為第3A圖所示之Li-Al-CO3 LDH的XRD能譜圖。
第4圖為本發明實施例1之含Al3+ 陽離子及Li+ 陽離子水溶液中CO2 吸收量相對於時間之曲線圖。
第5圖為依照本發明實施例2製備出之Li-Al-Cl LDH的SEM影像。

Claims (14)

  1. 一種快速製備層狀雙氫氧化物的方法，包含：形成一含Li+ 陽離子及Al3+ 陽離子的水溶液；以及於該水溶液中加入一不含鋰鹽或鋁鹽之夾層陰離子起使物，其中該夾層陰離子起使物係選自於由二氧化碳、氯化物、溴化物、碘化物、硝酸鹽化合物、硫酸鹽化合物及碳酸鹽化合物所組成之族群，藉由該夾層陰離子起使物與水溶液中之Li+ 陽離子、Al3+ 陽離子結合，生成一層狀雙氫氧化物Li-Al LDH。
  2. 如請求項1所述之快速製備層狀雙氫氧化物的方法，其中形成該含Li+ 陽離子及Al3+ 陽離子的水溶液之方法包含：提供一鋁-鋰介金屬化合物粉末；加入該鋁-鋰介金屬化合物粉末於純水中，形成一水溶液；以及通入一惰性氣體去除該水溶液中所含之氧氣及二氧化碳，以得到含Li+ 離子及Al3+ 陽離子的水溶液。
  3. 如請求項2所述之快速製備層狀雙氫氧化物的方法，其中該鋰-鋁介金屬化合物包含AlLi、AlLi2 、Al2 Li3 或Al4 Li9 。
  4. 如請求項2所述之快速製備層狀雙氫氧化物的方法，其中形成該鋁-鋰介金屬化合物粉末包含熔煉法、機械化學法或機械合金法。
  5. 如請求項2所述之快速製備層狀雙氫氧化物的方法，其中形成該水溶液之方法包含以0.1-5克：100毫升之比例混合該鋁-鋰介金屬化合物粉末與純水。
  6. 如請求項1所述之快速製備層狀雙氫氧化物的方法，其中於該水溶液中加入一不含鋰鹽或鋁鹽之夾層陰離子起使物之方法包含將二氧化碳氣體通入該水溶液中。
  7. 如請求項6所述之快速製備層狀雙氫氧化物的方法，其中該將二氧化碳氣體通入該水溶液中之壓力為0.1mbar~1mbar。
  8. 如請求項1所述之快速製備層狀雙氫氧化物的方法，其中該氯化物包含NaCl。
  9. 如請求項1所述之快速製備層狀雙氫氧化物的方法，其中該硝酸鹽化合物包含NaNO3 。
  10. 如請求項1所述之快速製備層狀雙氫氧化物的方法，其中該硫酸鹽化合物包含Na2 SO4 。
  11. 如請求項1所述之快速製備層狀雙氫氧化物的方法，其中該碳酸鹽化合物包含Na2 CO3 。
  12. 如請求項1所述之快速製備層狀雙氫氧化物的方法，其中該碘化物包含KI。
  13. 如請求項1所述之快速製備層狀雙氫氧化物的方法，其中該溴化物包含AgBr。
  14. 如請求項1所述之快速製備層狀雙氫氧化物的方法，更包含將該生成之Li-Al LDH進行真空乾燥。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1795143A (zh) * 2003-04-15 2006-06-28 联邦科学和工业研究组织 层状双氢氧化物的生产
CN101157475A (zh) * 2007-09-21 2008-04-09 北京化工大学 一种均匀致密透明的层状双金属氢氧化物薄膜及其制备方法
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1795143A (zh) * 2003-04-15 2006-06-28 联邦科学和工业研究组织 层状双氢氧化物的生产
JP2008280486A (ja) * 2007-05-14 2008-11-20 Toda Kogyo Corp Ａｌ−Ｌｉ系赤外線吸収剤及びその製造法、農業用フィルム、農業用フィルム用マスターバッチペレット
CN101157475A (zh) * 2007-09-21 2008-04-09 北京化工大学 一种均匀致密透明的层状双金属氢氧化物薄膜及其制备方法

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