MgAlCe水滑石的合成及其表征

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。

第39卷第4期2010年8月当代化工C ontem por ar y C hem ical Industr yVo1.39,No.4August ,2010共沉淀法制备镁铝水滑石及其表征**收稿日期:2010-04-09作者简介:李春生(1978-,男,宁夏人,工程师,硕士,2003年毕业于浙江工业大学化材学院工业催化专业,主要从事无机非金属材料的研究与开发。

电话:0571-********,E-Mail :lcs2000y@ 。

水滑石(Hydrotalcites 是一类具有层状结构的阴离子型粘土材料,其结构类似于水镁石,化学通式为[M 2+1-x M 3+x (OH 2]X +(A n -x /n·m H 2O ,其中M 2+和M 3+分别代表层板上占据八面体氢氧化物中心位置的2价和3价阳离子,A n -为层间阴离子。

水滑石作为阻燃剂具有阻燃、消烟、填充3种功能,是一种很有潜力的高效、低烟、无毒的新型无卤阻燃剂[1],由于天然的镁铝水滑石储量有限,镁铝水滑石阻燃剂的合成和应用日益受到人们的广泛关注。

水滑石的合成方法主要有共沉淀法、离子交换法、焙烧还原法、水热晶化法等[2-5],本文用共沉淀法以硝酸铝、硝酸镁、氢氧化钠、碳酸钠为原料制备出结晶良好的Mg/Al 水滑石。

1实验部分1.1实验方法取计算量NaOH 和Na 2CO 3溶液,将两者倒入三口烧瓶中,用磁力搅拌器搅拌均匀,将计量的Al (NO 33和Mg (NO 32混合溶液用蠕动泵以一定流速滴加到三口烧瓶中,边滴加边搅拌。

滴加完毕后升温至90℃定温度,在体系pH 值8.5左右晶化一定时间,然后冷却至室温离心洗涤pH 值接近中性,85℃下将样品烘干至恒重,得Mg/Al-CO 3水滑石样品。

1.2表征方法X -衍射分析:采用Rigaka D/max -ⅢB 型全自动X -射线衍射仪,Cu 靶,K α射线,管压40kV ,管电流40mA ,扫描速率5°/min 。

万方数据万方数据第６期申延明等：ＭｇＡｌ一ＰｄＣｌ。

水滑石的合成与表征７１３（０．１６７ａｍ），ＰｄＣＩ。

２一离子插层产物的层间距与Ｃ１离子的大小有关‘１３１。

１０２０３０４０５０６０７０２０“。

）图１不同条件制备ＭｇＡｌ一ＰｄＣｌ。

一ＨＬＴｃｓ的ＸＲＤ谱图Ｆｉｇｕｒｅ１ＸＲＤｐａｔｔｅｒｎｓｏｆａｓ—ｐｒｅｐａｒｅｄＭｇＡｌ一ＰｄＣｌ４－ＨＬＴｃｓ，ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎＴａｂｌｅ１虽然ＮＯ，一离子中较大的０２。

半径（Ｏ．１３８ｎｍ）¨４Ｊ小于ｃｌ一的半径，但ＮＯ，一在层间存在的状态可以有三种。

１５｜：扁平、倾斜、垂直，具体形状见图２。

呈扁平状态时层间距约为０．３２ｎｍ，而呈垂直时层间距较大，约为０．５１ａｍ，而呈倾斜状态时，层间距介于两者之问。

因此，ＮＯ，一在层问起到“柱撑”的作用，层间距主要受层间ＮＯ，一状态的影响，这与文献［１５］在研究层间阴离子为ＮＯ，一与ｃｌ一、Ｂｒ～、Ｉ一共存时的情况类似。

ＸＲＤ分析得到的层问距结果说明ＮＯ，一离子在层问呈倾斜状态。

这种呈“倾斜”状态的ＮＯ，一是不稳定的，随着ＰｄＣｌ。

２‘离子插入层问，层间的ＮＯ，一含量减少。

ＮＯ，一相互分离，ＮＯ，一之间的排斥作用减少，其状态越“扁平”¨５。

，结果层间距也随之减小，当ＰｄＣｌ。

２一离子的交换量为０．２％、０．４％、０．８％时，ｄ００３的值分别为０．８２５ｎｍ、０．８１９ａｍ、０．８０４ａｍ，对应层间距分别为０．３４８ａｍ、０．３４２ａｍ、０．３２７ａｍ，说明ＰｄＣｌ４２。

替代层问Ｎ０３一的量越多，层间距减少的也越多。

另一方面，比较不同Ｍ∥Ａ１摩尔比的谱线ｆ．ｇ、ｈ可以发现，当Ｍ∥Ａｌ摩尔比增加，层间距由Ｍ∥Ａｌ摩尔比为２：１时０．３６１ａｍ减小到Ｍｇ／Ａ１摩尔比为３：１时０．３４２ｎｍ以及Ｍｇ／Ａ１摩尔比为４：１时的０．３１８ａｍ。

这是因为随着Ｍ∥Ａ１摩尔比的增加，层板电荷密度减小，在相同ＰｄＣｌ。

Co-Mg-Al-Cr 四元类水滑石的合成与表征吴飞跃;刘炳华;李嫦娥;陈田田【摘要】采用共沉淀法合成了Mg-Al-Cr、Co-Mg-Al三元类水滑石和两个替换二价和三价同时部分替换的Co-Mg-Al-Cr的四元类水滑石样品。

应用X-射线衍射、差热分析和比表面积测定等分析方法对样品进行研究及表征。

研究结果表明，合成了晶型比较完好的水滑石化合物，合成三元类水滑石比四元类水滑石较容易，且其晶型比合成的四元类水滑石更为理想。

%In this paper ,the samples of Mg-Al-Cr ,Co-Mg-Al ,and Co-Mg-Al-Cr hydrotalcite-like compounds (HTLcs ) were prepared by using coprecipitation method . And the samples were studied by X-ray diffraction (XRD ) ,differential scanning colourimetry (DSC ) ,and Brunner-Emmett-Teller method (BET ) .The result showed that all the precursors formed the structure of HTLcs .【期刊名称】《淮阴师范学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(000)004【总页数】4页(P311-314)【关键词】水滑石化合物;共沉淀法;合成;表征【作者】吴飞跃;刘炳华;李嫦娥;陈田田【作者单位】淮阴师范学院化学化工学院，江苏省低维材料化学重点建设实验室，淮安市新型环境功能材料重点实验室，江苏淮安 223300;淮阴师范学院化学化工学院，江苏省低维材料化学重点建设实验室，淮安市新型环境功能材料重点实验室，江苏淮安 223300;淮阴师范学院化学化工学院，江苏省低维材料化学重点建设实验室，淮安市新型环境功能材料重点实验室，江苏淮安 223300;淮阴师范学院化学化工学院，江苏省低维材料化学重点建设实验室，淮安市新型环境功能材料重点实验室，江苏淮安 223300【正文语种】中文【中图分类】TE624层状双羟基复合金属氧化物(Layered Double Hydroxide, LDH)是水滑石(Hydrotalcite,HT)和类水滑石化合物(Hydrotalcite-Like Compounds, HTLCs)的统称,由这些化合物插层组装的一系列超分子材料称为水滑石类插层材料(LDHs)．因水滑石及类水滑石特殊的层状结构及物理化学性质,在一定条件下进行焙烧可以使其层间水和羟基离子及碳酸根离子丢失而制得比表面积较高的混合氧化物,由于具有比表面积较高的混合氧化合物在催化功能方面具有多样性、又因为其结构上的确定性,以及制备方便、价格便宜等原因，使其在近年得到较多重视,在有机合成、催化剂载体、环境化学、塑料工艺、电工行业、医药等方面,以及高分子材料方面都有应用,已成为近年来材料科学领域的热点之一[1,2]．采用共沉淀法[1,3,4]制备离子浓度为[M2+]∶[M3+]=2的Mg/AlHT以及Co/Mg/Al和Mg/Al/Cr的三元HTLcs还有二价和三价同时部分替换的Co/Mg/Al/Cr的四元HTLcs．按一定比例将Co(NO3)2·6H2O、Mg(NO3)2·6H2O、Al(NO3)3·9H2O、Cr(NO3)3·9H2O配制成100?mL阳离子浓度为1?mol·L-1硝酸盐水溶液(I)(如表1)(其中,[M2+]∶[M3+]=2∶1),再将氢氧化钠和无水碳酸钠也按一定比例配制成100?mL溶液(II)([OH-]=2[M2+]+2[M3+],[CO32-]=0.5[M3+])．于500?mL烧杯中加入100?mL蒸馏水并在水浴锅恒温60℃,将溶液(I)和溶液(II)在平行操作条件下逐滴加入烧杯中,不断搅拌,维持溶液pH值9～10[4,5],30?min内完成滴加;陈化30～60?min,抽滤后将滤饼洗涤至中性;将滤饼于烘箱中120℃烘干24?h,最终制得Mg/Al的HT样品,以及Co/Mg/Al和Mg/Al/Cr的三元HTLcs与Co/Mg/Al/Cr的四元HTLcs样品．将其在马弗炉中600℃焙烧6?h,制得混合氧化物[6]．XRD测试: X-射线衍射仪(SCINTXTRA，瑞士ARL),Cu靶,Kα射线,波长0.15418?nm,管压40?kV,管流50?mA,接受狭缝宽0.3?mm,扫描速率10°/min．DSC分析: α-Al2O3作为参比物,从50℃升高到800℃,升温速率为10.0℃/min．BET测试: 检测被测样品在不同氮气分压下的多层吸附量,以P/P0为x轴,P/V(P0-P)为y轴,由BET方程做图进行线性拟合,得直线的斜率和截距,由此求得Vm值,计算被测样品比表面积．3.1 水滑石以及类水滑石XRD图1中[M2+]∶[M3+]=2,在HT合成要求比为2～4的范围内,XRD图谱中的化合物均具有水滑石的特征衍射峰[6,7](d003、d006、d009、d015、d018、d110、d113等低角度的衍射峰比较尖锐,高角度的衍射峰相对较弱[11]),表明合成的样品是类水滑石物质．图1中a、b、c三条谱线,c谱线图毛刺较多,尤其是d015、d018特征衍射峰宽而钝,表明其结晶度不好;谱图d、e为四元类水滑石,区别是d、e为二价和三价同时部分替换的四元类水滑石,替换比例不同．d、e谱图与a、b、c相比峰宽且钝,毛刺多;d006、d015、d018特征衍射峰宽钝且不明显;随着替换比例加大,e谱图较d谱图的峰宽且钝,表明结晶度变差．说明在相同条件下随替换比例加大,合成类水滑石的难度加大．3.2 水滑石以及类水滑石热稳定性分析样品的热重-差热分析结果如图2所示，从图中可以看出,2Mg/Al样品的热分解存在2个阶段,第一阶段为DSC图中所显示的2Mg/Al前体对应于222℃的吸热峰,第二阶段为DSC图中所显示的2Mg/Al前体对应于428℃的吸热峰;在TG图谱中,亦出现相应2个明显的失重台阶．从图3可以看出,第一阶段为2Co/4Mg/3Al前体对应于198℃的吸热峰;第二阶段为2Co/4Mg/3Al前体对应于320℃的吸热峰．而2Co/4Mg/3Al前体的第二阶段吸热峰峰温度(320℃)比2Mg/Al前体的第二阶段吸热峰温(428℃)降低了108℃,说明其热稳定性较差．这与文献[8]报导一致．以上情况表明,由于Co2+的引入且其具有的氧化还原属性,从而使其键合的羟基或氧的八面体位发生畸变以及由于Co2+对Mg2+离子的取代而引起的水镁石板层的扭变[2,8],削弱了水滑石层对阴离子的键合能力,从而使其热分解温度及热稳定性降低．从图2、图3的DSC曲线可以看出,制备的水滑石样品均明显存在两个吸热分解过程,第一个过程约在200℃内,主要为物理吸附水和层间结构水的失去,此时样品仍保持层状结构;第二个过程约在300～500℃之间,主要为层间阴离子和层板上羟基先后分解,水滑石结构被破坏,层板结构塌陷,最终煅烧物为金属氧化物的混合物[7]．在TG图谱中,有2个明显的失重台阶与之相应,这与文献[5,9]报导水滑石类化合物的热稳定性及热分解过程一致．说明所制备的样品与水滑石的结构基本吻合．3.3 混合氧化物样品的XRD图4～图7为水滑石和类水滑石为前体在600℃制备的混合氧化物样品的XRD谱图,谱图用MDI Jade和PDF卡片进行物相匹配标出各个特征峰所对应的物质．在图4中2Mg/Al为前体制备的混合氧化物样品的X-射线衍射峰可明显指认为MgO(PDF-65-0476),峰形宽且具有明显毛刺,有很多高分散的Al2O3和Mg/Al混合氧化物的微晶或非晶体．比较图4，图6和图7可知,随着Co的加入,图4中MgO衍射峰消失,出现了镁铝尖晶石(MgAl2O4,PDF-21-1152)，Co2AlO4(PDF-38-0814)，Co2CrO4(PDF-24-0326)，MgCo2O4(PDF-02-1073)等尖晶石衍射峰[8,9];比较图6与图7,在样品中加入Cr后,图7中MgCo2O4衍射峰消失而出现Co2CrO4衍射峰．比较图5与图7,在样品加入Co后MgCr2O4与MgO的衍射峰消失而出现Co2CrO4与Co2AlO4的衍射峰．3.4 混合氧化物样品的BET表2给出了以水滑石和类水滑石为前体制备的混合氧化物的SBET．由表2可知,以HT为前体制备的混合氧化物的SBET为188.31m2/g，比表面积较大;比较a，c,在样品中加入Co后其SBET下降,该实验结果这与文献[12]一致．比较c，d,加入铬后SBET下降,而a，b比较却表明样品中加入Cr后SBET增大,这说明Cr对样品的SBET的影响有待进一步研究．比较d，e,样品中Co和Cr含量加大而SBET降低．分析表2可得,以水滑石和类水滑石为前体制备的混合氧化物的SBET远大于以硝酸盐制的氧化物f，g的SBET．实验结果说明,以水滑石和类水滑石为前体制备的混合氧化物具有较大的比表面,这也是其在吸附，催化领域中具有重要作用的一个不可忽视的重要因素．采用共沉淀法制备了[M2+]∶[M3+]=2的Mg/Al HT，Co/Mg/Al和Mg/Al/Cr 的三元HTLcs,还有二价和三价同时部分被替换的Co/Mg/Al/Cr的四元HTLcs．实验结果表明,形成的化合物均具有水滑石的特征衍射峰,说明其与水滑石的结构基本吻合;从样品的晶型分析,在相同条件下合成结构类似的HTLcs要难于合成HT,且合成三元类水滑石易于四元类水滑石．由焙烧后制成混合氧化物样品的SBET数据看,以HT或HTLc前体制备的混合氧化物的比表面积较大,这个也基本吻合水滑石的性质,随着钴加入及其含量的增加,样品的比表面积减小．【相关文献】[1] 刘红, 陆天虹,李淑萍. 类水滑石化合物制备方法研究综述?[J]. 南京师范大学学报:自然科学版,2009, 32(2):82-86.[2] 刘炳华. 以水滑石及类水滑石为前体的2Mg/Al和2Ni/Al混合氧化物的表征?[J]. 淮阴师范学院学报:自然科学版, 2005,4(4):300-305.[3] 张俊. 新型水滑石催化剂的制备工艺研究?[J]. 重庆三峡学院学报,2009, 25(1):85-88.[4] 牛向楠, 朱洪涛. 水滑石类材料的制备及在水污染治理中的应用?[J]. 化学工程师, 2010(1):27-48.[5] 申延明, 吴静, 张惠, 等. CuMgAl 类水滑石的合成表征及催化性能研究?[J]. 材料科学与工程学报,23(2):185-187.[6] 李春生, 徐传云. 共沉淀法制备镁铝水滑石及其表征?[J]. 当代化工, 2010, 39(4):381-382.[7] 曾虹燕, 冯震, 廖凯波, 等. Mg-Al 水滑石的制备及其催化合成丙二醇单甲醚的性能?[J]. 石油化工, 2008, 37(8):788-792.[8] 刘炳华.以水滑石及类水滑石为前体的Mg/Al,Co/Al及Co/Mg/Al混合氧化物的合成，表征和异丙醇催化性能?[J]. 无机化学报, 2005, 27(1):44-50.[9] 杨飘萍, 吴通好. 水滑石的结构性质合成及催化应用?[J]. 石化技术与应用, 2005, 23(1):61-66.。

镁铝水滑石的水热合成及表征引言在无机化学领域中，水热合成方法被广泛应用于制备金属氧化物和无机材料。

本文将讨论一种常见的水热合成反应——制备镁铝水滑石，并对其进行表征。

一、水热法的原理和优势1.1 水热法的原理水热法即利用高温高压的水环境，在合适的反应条件下，通过水的性质和反应物之间的相互作用，促使反应物发生结构变化从而制备出所需的产物。

1.2 水热法的优势•水热法无需使用有机溶剂，对环境友好。

•水热法能够在相对温和的条件下进行反应，节约能源。

•水热法有利于晶体的生长和形貌的控制。

二、镁铝水滑石的水热合成方法2.1 反应物的选择与配比镁铝水滑石的化学式为MgAl₂(SiO₄)₃·nH₂O，其中Mg和Al为金属离子，SiO₄为四面体结构的硅酸根离子。

水热合成镁铝水滑石的基本反应为：Mg²⁺ + Al³⁺ + 3SiO₄²⁻ + nH₂O →MgAl₂(SiO₄)₃·nH₂O2.2 反应条件的控制水热合成反应需要控制适当的温度、压力和反应时间，这些条件对产物的晶体结构和形貌具有重要影响。

•温度：合适的反应温度可促进晶体生长和结晶度的提高。

一般情况下，温度范围为100-200°C。

•压力：一定的压力可使反应物更好地溶解，促进反应进行。

•反应时间：反应时间的控制也是获得高纯度产物的关键。

通常情况下，反应时间为数小时至数天。

2.3 反应装置的选择水热合成反应可以使用不同的反应容器，常见的有烧杯、高压釜等。

选择合适的反应容器可以提高产物收率和结晶度。

三、镁铝水滑石的表征方法3.1 X射线衍射分析（XRD）X射线衍射是一种常见的无机材料结构表征方法。

通过测量样品受到X射线的散射情况，获得样品的晶体结构信息。

3.2 扫描电子显微镜（SEM）扫描电子显微镜是一种高分辨率的表面形貌观察方法。

利用电子束照射样品表面，观察样品的形貌和表面特征。

3.3 热重分析（TG）热重分析是一种测量样品质量随温度变化的方法。

镁铝铟类水滑石的合成与表征镁铝铟类水滑石是一种常见的铝硅酸盐，它包含镁、铝、铟和氧四个元素。

它也称为“滑子石”，由于它的滑润质感，人们广泛使用它。

这种水滑石还可以用于制备复合材料，用于制造航空航天和汽车材料，在工业用途方面有重要价值。

镁铝铟类水滑石的合成通常分为电解法和碱性法两种方法。

电解法可以利用电流将氧化物和还原剂分离，然后在特定的时间温度条件下进行热瞬变，最终形成镁铝铟类水滑石。

碱性法是以水湿法或液相法合成镁铝铟类水滑石，利用碱性物质在特定pH条件下，使镁、铝、铟和氧四个元素溶解，并在特定的时间温度条件下进行热瞬变，最终形成镁铝铟类水滑石。

镁铝铟类水滑石的表征方法可以根据不同的需求来实现。

例如，可以通过X射线衍射法对其化学组成、晶体结构和对称性进行表征；通过显微镜观察其形态特征；通过表面形貌测量和原子力显微镜观察其表面特征；通过红外光谱表征其表面状态；通过热重分析法、气体释放法等表征其热力学性质等等。

镁铝铟类水滑石在现代工业中具有重要的应用价值。

它不仅可以用于制备复合材料，而且具有优良的机械强度、抗热稳定性、耐腐蚀性和耐久性。

因此，它在航空航天、汽车、船舶、机械、电子、医疗、林业等领域都有着广泛的应用。

此外，镁铝铟类水滑石还可以用于制备聚合材料，它具有高抗弯曲和扭转强度，可以用于制造航空航天等高强度结构件。

此外，它还可以用于改善涂料的性能，如提高涂料的耐磨性和耐腐蚀性，以及提高涂料的抗温性和耐久性。

综上所述，镁铝铟类水滑石由于具有优良的机械强度、抗热稳定性、耐腐蚀性和耐久性等特点，在航空航天、汽车、船舶、机械、电子、医疗、林业等领域具有重要的应用价值，其合成和表征也十分重要。

因此，在未来，镁铝铟类水滑石必将在工业中发挥更广泛的作用。

总之，镁铝铟类水滑石的合成和表征技术是一项有前景的领域，在学术研究和实际应用中都具有重要意义。

它可为制备高性能材料提供新的途径，有助于推动工业的发展。