镁铝水滑石的合成及应用硕士论文

镁铝水滑石的合成、组成分析及其晶体结构表征、市场应用一、实验目的1.本实验采用共沉淀法制备镁铝水滑石；2.利用EDTA络合滴定法测定镁铝水滑石样品中Mg2+和Al3+的含量；3.热分析法确定镁铝水滑石样品中的结构水含量；4.并通过红外、X粉末衍射表征晶体结构。

二、实验原理1、合成材料水滑石是一种层柱状双金属氢氧化物，是一类近年来发展迅速的阴离子型粘土因为具有特殊的结构和物理化学性质，如带电性质阴离子可交换性吸附性能催化性能等，其在催化剂催化剂载体污水处理剂医药医药载体等众多领域具有广泛的应用典型的水滑石Mg6Al2(OH)16CO3 4H2O是一种天然存在的矿物，天然存在的水滑石大都是镁铝水滑石，且其层间阴离子主要局限为CO32-但天然镁铝水滑石在世界范围内很有限，因而人工合成镁铝水滑石的研究和应用引起了人们的高度重视和关注层状双金属氢氧化物（Layered double hydroxides,简称LDHs）是一类阴离子型粘土，又称类水滑石组成通式为：[M(II)1-xM(III)x(OH)2]x+Ax/nn-mH2O，M（II）：二价金属离子，M(III)：三价金属离子，An-：阴离子，x=M(III)／[M(II)+ M(III)]，0.2≤x≤0.33。

本实验采用共沉淀法制备镁铝水滑石；利用EDTA络合滴定法测定镁铝水滑石样品中Mg2+和Al3+的含量；热分析法确定镁铝水滑石样品中的结构水含量；并通过红外、X粉末衍射表征晶体结构。

2、共沉淀法共沉淀法是制备水滑石的基本方法, 即以可溶性铝盐和镁盐与沉淀剂反应生成沉淀物，经过滤、洗涤、干燥后制得水滑石。

根据投料方式不同可分为单滴法和双滴法。

根据沉淀方式不同衍生出低过饱和沉淀法和高过饱和沉淀法。

共沉淀法合成温度低，过程简单，制得的水滑石具有较高的均匀性、颗粒尺寸分布较窄且具有一定形貌。

但由于反应各组分的沉淀速度和沉淀平衡浓度积不可避免地存在着差异，所以导致产品组成的局部不均匀性，而且沉淀物还需反复洗涤过滤, 才能除去混入的杂质离子。

胶体晶体模板法制备有序多孔镁铝水滑石任秀梅;周爱军;孙贺雷;夏瑞【摘要】The colloidal crystal templates were prepared by using monodisperesed melamine formaldhyde microspheres with particle sizes about 1 μm,and the Mg-Al hydrotalcite-like compounds with 2:1 mole ratio of Mg and Al were successfully synthesized by a supersaturated precipitation method. Then the magnesium aluminum hydrotalcite serous was filled into the colloidal crystal templates with the effection of capillary,and the colloidal crystal templates were removed by calcification after the solidification process. The morphology and structure of orderly porous magnesium aluminum hydrotalcite were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy,X-ray diffractionanalysis,thermogravimetric analysis,differential scanning calorimeter and scanning electron microscopy. The results showed that the orderly porous magnesium aluminum hydrotalcite with more uniform aperture size was obtained when the volume fraction of magnesium aluminum hydrotalcite serous was 5％.%以粒径约1μm的单分散三聚氰胺-甲醛微球制备得到胶体晶体模板,采用低过饱和沉淀法制备的镁铝摩尔比为2:1的镁铝水滑石,将合成的水滑石悬浊液通过毛细效应的作用填充至胶体晶体模板间,待固化后经过煅烧去除胶体晶体模板,制备有序多孔镁铝水滑石.通过傅里叶红外光谱、X射线衍射分析、热重分析、差示扫描热分析、扫描电子显微镜对有序多孔镁铝水滑石的结构及形貌进行表征.结果表明,当加入体积分数为5％镁铝水滑石悬浊液时,去除模板后可得到孔径大小较为均一且排列有序的多孔镁铝水滑石.【期刊名称】《武汉工程大学学报》【年(卷),期】2018(040)001【总页数】5页(P52-56)【关键词】有序多孔材料;镁铝水滑石;胶体晶体;模板法;三聚氰胺-甲醛微球【作者】任秀梅;周爱军;孙贺雷;夏瑞【作者单位】武汉工程大学材料科学与工程学院,湖北武汉 430205;武汉工程大学材料科学与工程学院,湖北武汉 430205;武汉工程大学材料科学与工程学院,湖北武汉 430205;武汉工程大学材料科学与工程学院,湖北武汉 430205【正文语种】中文【中图分类】TB303近年来，有序多孔材料因其特定的孔道结构，如孔道分布较均匀且结构有序等特征而备受关注，有序多孔材料可应用于分离［1-2］、吸附［3-4］、催化材料［5］、阻隔材料等多个领域［6-8］。

水滑石的合成及应用研究水滑石的合成及应用研究（北京化工大学应用化学）前言；介绍了水滑石类化合物的结构和性质，综述了水滑石类化合物的制备方法及其在催化材料、红外吸收材料、萦外阻隔材料、胆燃抑烟材料、热德定剂、生物医药材料、分离与吸附材料等方面的应用研究进展，并指出了当前水滑石类化合物制备与应用研究中存在的问题.关键词；水滑石类化合物层状双金属氢氧化物合成与制备应用Research and Application Progress of Hydrotalcite-like Compounds Abstract; Water talc is a kind of layered double hydroxyl compound metal oxides is the HT and HTLCs Because of its special crystal chemical properties, it has good thermal stability, adsorption and ion exchange sex, widely used in chemical,material, environmental protection and medicine, etc. There is introduces the structure and properties of hyrotalcite-like compounds, then reviews the research and application progress in its preparation and application as catalytic materials, infrared absorption materials, ultraviolet blocking materials, flame retardant and smoke suppressant materials, heat stabilizer, biomedical materials, separation and adsorption materials in recent years. The problems related to the preparation and application of hydrotalcite-like compounds are also discussedKey words ： hydrotalcite-like compound, layered double hydroxides, preparation, application水滑石（Layered Double Hydroxides 简称LDHs），其化学组成[M2+1- xM3+x （OH）2]x+（Ax/nn-）. mH2O（M2+，M3+分别代表二价和三价金属阳离子，下标x 指金属元素的含量变化，An- 代表阴离子），是一类典型的阴离子层状材料，其主体一般是由两种或两种以上金属的氢氧化物构成类水镁石层，层板内离子间以共价键连接，层间阴离子以弱化学键与层板相连，起着平衡骨架电荷的作用[1]. 水滑石类化合物为阴离子型层状化合物，层间具有可交换的阴离子，主要由水滑石(Hydrotalcite, HT)、类水滑石（Hydrotalcite-like compound, HTLC)和它们的插层化学产物—插层水滑石构成。

水滑石的制备及应用研究摘要：水滑石及类水滑石化合物具有特殊的层状结构及物理化学性质，具有孔径可调变的择形吸附的催化性能，在吸附、催化领域中占有重要位置。

综述了水滑石的结构、合成方法和应用。

自然界存在的水滑石是镁、铝的羟基碳酸化物，后来人们合成了各种类型的类水滑石化合物(hydrotalcite-like compounds，简称HTLcs)，是水滑石中的Mg2+，Al3+，被其他同价离子同晶取代后的化合物，它在结构上与水滑石相同。

由于HTLcs具有离子交换性，又具有孔径可调变的择形吸附的催化性能，近年来越来越受人们重视。

近年来，对于层状双金属氢氧化物(Layerdouble hydroxides简称LDHs)的研究已成为材料科学领域的热点，水滑石及类水滑石化合物因具有特殊的层状结构及物理化学性质，在吸附、催化领域中占有重要位置，对它研究也越来越多。

1 结构水滑石分子组成是Mg6Al2(OH)16CO3·4H2O，它是一种阴离子型层状化合物。

水滑石中的Mg2+、A13+被M2+、M3+同晶取代得到结构相似的一类化合物，称为类水滑石，分子通式：M2+1-XM3+X(OH)2(An-)X/n·yH2O，其中M2+=Mg2+、Ni2+、Co2+、Zn2+、Cu2+等；M3+=Al3+、Cr3+、Fe3+、Sc3+等；An-为在碱性溶液中可稳定存在的阴离子，如：C032—、NO3—、Cl—、OH—、S042—等；x=0.2～0.33，y=0～6。

不同的M2+和M3+，不同的填隙阴离子A—，便可形成不同的类水滑石。

其结构非常类似于水镁石Mg(OH)2，由MgO6八面体共用棱形成单元层，位于层上Mg2+、Al3+、OH—层带有正电荷。

层间有的Mg2+可在一定范围内被A13+同晶取代，使交换的阴离子CO32-与层板上的正电荷平衡，使得这一结构呈电中性。

此外，在氢氧化物层中同时存在着一些水分子，这些水分子可以在不破坏层状结构的条件下去除。

纳米镁铝水滑石的制备及应用与生物柴油转化 邓 欣1，方 真1，张 帆1, 2，曾虹燕2，廖凯波2，邹大鹏(1. 中国科学院西双版纳热带植物园昆明分部生物能源组,昆明 650223；2.湘潭大学化工学院,湖南湘潭 411105；3.大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院钻井液分公司,3黑龙江大庆 163413)摘要：以尿素为沉淀剂制备纳米镁铝水滑石(LDH)，对不同镁铝摩尔比纳米水滑石进行X 射线衍射 (XRD)、傅里叶变换红外光谱 (FT-IR)和扫描电子显微镜 (SEM)表征，以煅烧后的镁铝水滑石为催化剂制备生物柴油，并系统探讨生物柴油的最优制备条件。

研究结果显示：不同镁铝摩尔比均能制备出纳米水滑石颗粒，镁铝水滑石柱撑阴离子是CO 32-关键词：水滑石；共沉淀；酯交换；表征；生物柴油,呈良好层状结构。

以纳米镁铝水滑石高温煅烧物为催化剂制备生物柴油的最优条件为：醇油摩尔比6:1、反应温度60℃、催化剂用量1.0 wt%(质量分数)，生物柴油收率达94.26%。

生物柴油性能完全符合德国生物柴油标准DIN V 51606:1997且可长期保存。

Synthesis of Nanosized Mg-Al LDH and Its Application inBiodieselDENG Xin 1, FANG Zhen 1, ZHANG Fan 1, 2 , ZENG Hongyan 2, LIAO Kaibo 2ZOU Dapeng ,(1. Biomass group, Xishuangbanna tropical botanical garden, Chinese academy of sciences, Yunnan 650223, China; 2. School of chemical engineering, Xiangtan University, Xiangtan 411105, Hunan,China; 3. Daqing drilling and exploration engineering corporation, Daqing 163413,3Heilongjiang, China)Abstract: Nanosized Mg-Al hydrotalcite were produced by coprecipitation using urea as precipitation agent. The nanoparticles with different Mg-Al molar ratio were characterized by X-Ray Diffraction, Fourier-Transform Infrared spectra, and Scanning Electron Microscope. After calcined, Mg-Al hydrotalcite was used as catalyst for the study of biodiesel production. It is found that at the optimized conditions, i.e., methanol to oil molar ratio of 6:1, reaction temperature of 65℃, catalyst loading of 1.0%, the yield of biodiesel was 94.26%. The quality of produced biodiesel completely met the German standard (DIN V 51606: 1997) and the biodiesel was stable for long time.Keywords: hydrotalcite, coprecipitation, calcination, transesterification, characterization, biodiese基金项目：国家高技术研究发展计划资助项目(2003AA214061)；中国科学院知识创新工程重要方向性项目(KSCX2-YW-G-075)作者简介：邓欣，男， 博士，助研；E-mail: dengxin@1 引言生物柴油作为石油燃料的替代品，具有可再生、易生物降解、含硫量低和废气中有害物质排放量小等优点，属环境友好型燃料。

作为热稳定剂，或与其他助剂共同使用，进一步提高PVC的热稳定性。

水滑石本身无毒，可大范围代替铅盐和其他金属类稳定剂，且可用于食品包装PVC中。

(3) 催化剂方面的应用水滑石的最基本性能是碱性，因而可以用作碱性催化剂。

水滑石作为固体碱催化剂具有广泛的应用，可用于加氢、聚合、缩合反应、烷基化反应和重整反应替代NaOH等均相碱性催化剂，这不但有利于产物分离，还有利于催化剂的回收和再生。

通过调变金属离子的种类和组成比，或嵌入不同性能的阴离子，可成为催化多种反应的氧化还原催化剂。

水滑石不但可以作为催化剂，还可以作为多种催化剂的载体。

载体的性质和制备方法直接影响粒子的性状、大小和分布，水滑石为前体制备的混合氧化物具有较高的比表面积和良好的水、热稳定性，可以用作碱性催化剂载体。

(4) 水滑石的其它用途水滑石与其它制剂混用，除了可改善高分子材料的耐热性外，还可以改善它们的其它性能。

如机械强度、抗老化温度、制品表面亮度、绝缘性能、抗静电性能、抗紫外线性能等。

水滑石还具有良好的隔热性，促进PVC农膜对红外线的吸收，提高农膜的保温性；用作塑料、橡胶、化纤等高分子材料的阻燃、稳定、绝缘、着色、抗紫外线等多功能填充改进剂；用作染料、涂料、油漆、油墨、化妆品日用化工原材料；用作染织物废水处理剂、放射性废水处理剂，污染净化絮凝剂；用作化工催化剂载体和芳构化催化剂；用作多种材料的改进剂和中间体。

1.2 水滑石的制备方法镁铝水滑石作为一种新型的无卤、无毒、无机阻燃剂的新品种，兼具了Al(OH)3和Mg(OH)2阻燃剂各自的优点，又克服了它们的不足。

但是，天然的镁铝水滑石在世界范围内非常有限，因而人工合成镁铝水滑石成为各种应用的首选。

天然存在的水滑石大都是镁铝水滑石，其层间阴离子主要为CO32-。

由于研究与应用的需要，有必要获得具有不同层、柱组成的其它水滑石，合成水滑石的方法主要有共沉淀法、水热合成法、离子交换法、焙烧还原法、溶胶-凝胶法以及一些比较特殊的方法[9-18]。

镁铝水滑石的制备及其对铅离子的吸附性能张辉;陆嘉炜;余剑清;郭亚平【摘要】采用共沉淀法合成镁铝碳酸根型水滑石(MgAl-CO3-LDHs),并研究它对污水中铅离子的吸附性能.结果表明:MgAl-CO3-LDHs颗粒呈现为六角片状结构,对污水中的铅离子具有良好的吸附性能,其主要吸附机制为化学吸附.置于含Pb2+的污水后,水滑石中的层间CO32-释放出来,与污水中的铅离子反应生成块状的水白铅矿(Pb(CO3)2(OH)2),且提高溶液的pH值有助于增强MgAl-CO3-LDHs对铅离子的吸附,其吸附容量可达到224 mg/g.由此可见,MgAl-CO3-LDHs在吸附重金属铅离子领域具有很大的实际应用价值.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2017(045)008【总页数】4页(P69-72)【关键词】镁铝碳酸根型水滑石;铅离子;吸附【作者】张辉;陆嘉炜;余剑清;郭亚平【作者单位】上海师范大学生命与环境科学学院,上海200234;上海师范大学生命与环境科学学院,上海200234;上海师范大学生命与环境科学学院,上海200234;上海师范大学生命与环境科学学院,上海200234【正文语种】中文【中图分类】TQ085工业污水中的重金属离子不仅对环境危害很严重，而且对人体的健康危害也很大，重金属污水中的汞、镉、铅、铬和砷被称为“五毒”，尤其是其中的Pb2+离子，不仅可以通过酶或者蛋白质中的-SH结合而抑制酶，也可以通过改变激素的循环水平而破坏骨细胞的功能，损伤中枢神经系统[1]。

因此，必须将含有Pb2+离子的污水中的Pb2+离子浓度降到0.05～0.1 mg/L后才能排放。

对于去除污水中的Pb2+离子，目前主要有化学沉淀、离子交换、膜分离、电化学处理技术等方法[2-4]，吸附法被认为是最经济最有效的方法，被普遍用于工业废水中重金属离子的去除。

镁铝水滑石是一类具有层状结构的复合金属氢氧化物，它是由带正电荷的金属氢氧化物层和层间平衡阴离子构成，其组成为：Mg6Al2(OH)16CO3·4H2O[5]。

前言多年来，高效人工模拟制造天然酵素一直是各个学科领域的科学家们具有挑战性的课题，天然过氧化物酶在实际应用中有很大的潜力，并且已经应用于生物化学各个领域。

但是，作为自然酶，成本昂贵，具有不稳定的生物降解性和极易变性。

因此产生了使用简单的过氧化物酶模拟与改进稳定性和效率。

血红素是天然过氧化物酶的活性中心，并且具有过氧化物酶的活性。

与天然过氧化物酶相比，血红素具有热稳定性并且容易制备成本低。

血红素没有显示出令人满意的活性，主要是因为缺乏天然过氧化物酶存在的肽微环境。

因此通过寻找制成材料为血红素提供生物相容性和良好的肽微环境以提高血红素的活性成为科学家的研究方向。

随着人们对此类研究的深入，科学家发现层状双金属氢氧化物（LDH）是由相互平行的层板组成，层板间带有永久正电荷，层间拥有可交换的阴离子以维持电荷的平衡。

这种独特的晶体结构和层间离子的可交换性，使其通过离子交换可以向层间引入不同基团，制备各种功能材料，其催化作用尤为突出。

因此层状双金属氢氧化物（LDH）通常被用作辅助材料装载血红素以为其提供良好的肽微环境。

而组氨酸、β-环糊精等也具有良好的催化作用。

因此，我们尝试将血红素与LDH以及组氨酸或β-环糊精组装在一起以比较其催化效果。

1.文献综述1.1层状双金属氢氧化物概述层状双金属氢氧化物(简称LDHs)主要是指层状镁铝双金属氢氧化物，俗称水滑石，其骨架是阳离子，而层间是阴离子，佛罗伦萨大学的E.Manasse提出水滑石及其它同类型矿物质的化学式，1942年Feitknecht等通过金属盐溶液与碱金属氢氧化物反应合成了LDHs，提出了双层结构的设想[1]。

直到1969年Allmann等通过单晶X射线衍射试验测试并确定了LDHs层状结构。

随着人们对此类化合物研究的深入，科学家发现LDH具有特殊的层状结构、层间距具有可调性，层板内阴离子数量与种类的多样性以及与其他材料的生物相容性等特性，广泛地应用于催化反应中[2]。