水滑石及其类水滑石材料的合成
- 格式:pdf
- 大小:22.74 KB
- 文档页数:8
水滑石类化合物的结构及其制备方法
水滑石(也称为氢氧化铝镁石)是一种含有镁离子和氢氧化铝离子的
层状结构矿物,其化学式为Mg6Al2(OH)16CO3·4H2O。
其结构是由氢氧化
铝的层和镁的八面体水合物层交替堆叠而成,CO3基团位于氢氧化铝层和
镁层之间。
水滑石经常被用于制备高吸附能力和高比表面积的材料。
以下
是水滑石的制备方法:
1.热水法:将氢氧化铝和硫酸镁混合,加入适量的水并在高温下混合,然后冷却,产生层状水滑石结构。
2.水热法:将氢氧化铝和硝酸镁以及一定量的水混合,然后在高温高
压下进行反应,产生层状水滑石结构。
3.溶胶-凝胶法:首先制备氢氧化铝和硝酸镁的溶胶,然后将两种溶
胶混合,制备成凝胶状态并在高温下进行煅烧,得到层状水滑石。
4.氧化镁和铝反应法:将氧化镁和铝以一定摩尔比混合,然后进行高
温反应,生成层状水滑石结构。
水滑石生产配方与工艺
水滑石(Hydrotalcite)是一种常见的层状化合物,其生产配方和工艺如下:
配方:
1.原料:选用硫酸镁、硫酸铝(硝酸铝)、碳酸钠、片碱等几种主原料。
2.金属盐溶液:可用的金属盐溶液包括硝酸盐、硫酸盐、氯化物和碳酸盐等。
3.碱:常用的碱包括氢氧化钠、氢氧化钾和氨水等。
工艺:
1.在50℃-60℃温度下,将可溶性金属盐溶液与碱溶液混合,发生共沉淀反应生成沉淀。
2.通过晶化使含有沉淀物的溶液成晶,经过洗涤、抽滤、干燥、研磨等步骤,得到水滑石产品。
3.在生产过程中,为了纯化产品,可能需要进行高温高压处理,例如在120℃下保持24小时。
4.压滤和洗涤步骤可以进一步去除杂质,提高产品的纯度。
5.后续的改性处理通常使用硅烷进行,以提高产品的性能。
6.最后,进行包装得到最终产品。
水滑石的生产配方和工艺可以根据实际需求进行调整,例如通过改变金属盐溶液的种类和浓度,或者调整晶化过程中的温度和时间等参数,可以得到不同性能和形貌的水滑石产品。
水滑石的制备方法
水滑石的制备方法主要有以下几种:
1. 碳酸氢铵法:将碳酸氢铵和适量的氢氧化镁混合悬浊液,在适当的温度下反应生成水滑石。
反应方程式为:
(NH4)HCO3 + Mg(OH)2 →MgCO3·3H2O + NH3 + H2O
2. 碳酸镁-氰酸铵法:将碳酸镁和氰酸铵按一定比例混合,加入适量的水溶液搅拌,反应生成水滑石。
反应方程式为:
MgCO3 + NaNH2CN →MgCO3·3H2O + NaCN
3. 晶种法:将少量的水滑石晶种加入到氢氧化镁和/或碳酸氢铵溶液中,并在适当的温度下搅拌反应一段时间,水滑石晶种可以作为催化剂促进水滑石的生成。
4. 氢氟酸法:将氢氧化镁与氢氟酸反应,生成氟化镁,然后与少量碳酸镁反应,生成水滑石。
反应方程式为:
Mg(OH)2 + 2HF →MgF2 + 2H2O
MgF2 + MgCO3 →MgCO3·3H2O
以上是常用的几种水滑石的制备方法,具体选择哪种方法取决于实际情况和要求。
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。
专利名称:水滑石及其制造方法
专利类型:发明专利
发明人:信贵庸克,津田耕市,大西尚美申请号:CN201280055599.8
申请日:20121108
公开号:CN103930373A
公开日:
20140716
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本发明提供一种水滑石的制造方法,其中,所得到的水滑石中的氧化锆的含量少,且若将该水滑石混配到聚氯乙烯树脂等树脂中,则树脂的透明性得到显著改善。
本发明涉及一种水滑石的制造方法,其为将镁化合物和/或锌化合物与铝化合物作为原料的水滑石的制造方法,前述水滑石的制造方法包括以下工序:浆料制备工序,制备含有前述原料之中选自由前述原料的氢氧化物、氧化物和碳酸盐组成的组中的至少1种的全部或一部分的浆料;湿式粉碎工序,使用氧化锆珠或氧化锆·二氧化硅珠,在规定的条件下对该浆料进行湿式粉碎;水热处理工序,向所得到的浆料中添加剩余的原料后,进行水热处理,合成BET值和Zr的含量在规定的范围内的水滑石。
申请人:堺化学工业株式会社
地址:日本大阪府
国籍:JP
代理机构:北京林达刘知识产权代理事务所(普通合伙)
更多信息请下载全文后查看。
水滑石是一类具有特殊结构的层状无机材料。
具有独特的结构和性能,在离子交换、吸附分离、催化、医药等领域得到广泛应用。
水滑石类材料主要包括水滑石(Hydrotalcite,简称HT)及水滑石类化合物(Hy-drotalcite-likecompounds,简称HTlc)。
其结构既具有层板上阳离子的同晶取代性,又具有层间阴离子的可交换性[1]。
由于其独特的结构特性、组成及孔结构的可调变性以及优良的催化性能,在吸附、催化领域中占有重要位置,使其在催化、工业、医药等方面具有广阔的应用前景。
1水滑石的组成及结构特征典型的水滑石Mg6Al2(OH)16CO3・4H2O是一种天然存在的矿物。
水滑石与水镁石(Mg(OH)2)的结构类似,水镁石由Mg(OH)2八面体相互共边形成层状化合物[2],层与层之间对顶地叠在一起,层间通过氢键缔合。
当水镁石层状结构[3]中的Mg2+部分被半径相似的阳离子(如Al3+、Fe3+、Cr3+)取代时,会导致层上正电荷的积累,这些正电荷被位于层间的负离子平衡,在层间的其余空间,水以结晶水的形式存在。
当Mg2+和Al3+被半径相似的2价或3价阳离子同晶取代,或CO32-被其他阴离子取代,即形成HTlc。
水滑石类化合物是一类层柱状化合物,其理想组成为M(Ⅱ)6M(Ⅲ)2(OH)16CO32-・4H2O,M(Ⅱ)为2价金属阳离子(如Mg2+,Zn2+,Cu2+,Ni2+等),M(Ⅲ)为3价金属阳离子(如Al3+,Fe3+,Cr3+等)。
层间阴离子CO32-可被NO3-和Cl-等简单的无机阴离子取代,也可被体积较大的同多和杂多金属含氧酸盐取代,还可以被不同体积的有机阴离子替代,从而得到另一种水滑石类化合物,称之为柱撑水滑石。
水滑石类化合物的特殊结构使其具有特殊的性能。
(1)层板化学组成的可调控性;(2)层间离子种类及数量的可调控性;(3)晶粒尺寸及其分布的可调控性;(4)低表面能。
类水滑石具有和水滑石相同的结构,差别在于层上阳离子和层间阴离子的种类和数量,二者统称为水滑石。
科技进展水滑石及类水滑石材料的合成及应用新进展韩小伟,王 英①(南京大学化学化工学院,江苏南京210093)摘要:水滑石及类水滑石材料具有很好的热稳定性和较大的比表面积,可以作为催化剂或催化剂载体。
介绍了水滑石及类水滑石材料的合成方法以及作为催化剂、添加剂、吸附剂在有机合成反应、石油化学、塑料工业、水处理等方面的应用。
关键词:水滑石;催化剂;载体中图分类号:TQ324.8 文献标识码:A 文章编号:1002-1116(2003)02-0026-06 近年来,对于层状双金属氢氧化物(La yer dou-ble hydroxides简称LDHs)的研究已成为材料科学领域的热点,水滑石(Hydr otalcite简称HT)及类水滑石化合物(Hydrotalcite-like compound简称HTLcs)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。
水滑石及类水滑石化合物是层状双金属氢氧化物,类似水镁石结构。
一般认为[1]煅烧HT的第一阶段(低于200℃)先失去水滑石层间的水,此时仍保持层状结构;第二阶段(250~450℃)层板上的OH-脱水,CO32-分解放出CO2;在450~550℃之间,脱羟完全,并最终生成Mg-Al-O混合氧化物(Layer double oxide简称LDO),此时具有最大的比表面和孔体积;当分解温度不超过550℃时,混合金属氧化物在一定的湿度(或水)和CO2(或碳酸盐)条件下,可以恢复形成层状双金属氢氧化物,即所谓的“记忆”功能。
LDO具有较好的热稳定性,可以用作催化剂或催化剂载体。
水滑石类化合物可以作为治疗胃溃疡的抗酸剂,它还可以用作吸附剂、阴离子交换剂、阻燃剂等。
本文主要介绍不同类型水滑石的合成及应用。
1 水滑石的合成1.1 沉淀法水滑石最常用的合成方法是共沉淀法。
在一定温度(一般60~70℃)和pH值(微碱性)下,用相应的可溶性金属盐的水溶液来合成,其中镁盐和铝盐可以采用硝酸盐、硫酸盐、氯化物等。
目前,水滑石类层状化合物的制备方法主要有共沉淀法、水热合成法、离子交换法、焙烧复原法以及尿素分解均匀共沉淀法等。
1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。
研究发现,共沉淀工艺条件与水滑石晶体的形貌、组成和粒径密切相关。
老化温度过低, 晶体的形成速度过慢;温度过高,则晶体生长速度过快,易形成粗晶。
在65 ℃-75 ℃时合成的水滑石晶体结构较好, 粒径15 nm-30 nm, BET比表面积100 m2 /g-120 m2 /g,可视为最佳老化温度。
采用水热晶化处理共沉淀物 , 不仅能得到小粒径、高均匀度的水滑石,还能大大缩短晶化时间。
结晶度、层间阴离子的排列有序度和晶体平均粒径均随水热晶化时间的增加而增大。
在微波场下共沉淀合成水滑石,微波晶化法可以在约8 min内达到与常规热晶化法24 h 同样的效果,避免了高温高压,而且缩短了结晶时间。
2 水热合成法水热合成法以难溶或不溶的一元金属氧化物或盐为原料,采用水溶液或蒸气等流体为介质,在压热条件下合成水滑石。
与一般湿化学法相比较,水热合成法具有反应在相对较高的温度和压力下进行,反应速度较快且有可能实现在常规条件下不能进行的反应;一般不需高温烧结即可直接得到分散且结晶良好的粉体,避免了可能形成的粉体硬团聚;可通过调节实验条件来控制纳米颗粒的结构、形态和纯度,具有结晶好、纯度高、粒度分布窄以及团聚少等优点;环境污染少、工艺简单、成本较低,是一种具有较强竞争力的合成方法。