镁铝水滑石的合成及应用

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1、镁铝水滑石的合成及应用　　水滑石（LayeredDoublehydrotalcites，简称LDHs）是一类具有层状结构的阴离子粘土。它是由带正电荷的Mg2+和Al3+的复合氢氧化物及层间填充带负电荷的阴离子构成的层柱状化合物。　　一、水滑石层状化合物的结构与组成　　典型的LDHs化合物是镁铝碳酸根型水滑石：Mg6Al2（OH）16?4H2O[Mg1-xAlx（OH）2]x+（CO32-）x/2?mH2O，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，位于层上的Mg2+可在一定的范围内

2、被半径相似的Al3+同晶取代，使得Mg、Al、OH离子层带正电荷，这些正电荷被位于层间的CO32-中和，CO32-与层板以静电引力及通过层间H2O或层板上的OH，以氢键OH……An……HO的方式结合起来，使LDHs结构保持电中性。　　二、LDHs的性质　　1.碱性：水滑石类材料的层板由镁氧八面体和铝氧八面体组成，所以具有较强的碱性，不同的LDHs的碱性强弱与组成中的金属氢氧化物的碱性强弱有关。　　2.层间阴离子的可交换性：水滑石层间阴离子可与各种阴离子，包括无机离子、有机离子、同多离子和杂多离子进行交换[7，8]，

3、是一种阴离子交换材料。　　3.热稳定性：　　4.组成和结构的可控性：水滑石类化合物其主体层板的元素种类及组成比例、层间阴离子的种类及数量、二维孔道结构可以根据需要在宽范围调变，从而获得具有特殊结构和性能的材料。LDHs组成和结构的可调变性以及由此所导致的多功能性，使LDHs成为一类极具研究潜力和应用前景的新型材料。　　5.记忆效应：在一定温度下将LDHs焙烧一定时间的样品（此时样品的状态通常是LDH中金属离子的复合氧化物）加入到含有某种阴离子的溶液介质中，其结构可以部分恢复到具有有序层状结构的LDHs。　　3.阻燃

4、性能：LDHs在受热时，其结构水和层板羟基及层间离子以水和CO2的形式脱出，起到降低燃烧气体浓度，阻隔O2气的阻燃作用。　　三、水滑石的制备方法　　LDHs的制备方法有很多种，较为成熟的方法主要有以下几种。　　1.共沉淀法　　共沉淀法是制备水滑石最基本的方法之一。1942年，Feitknecht等首先用这种方法制备了水滑石。制备过程可表示为：滴加→沉淀→晶化→过滤→洗涤→干燥。　　此方法以构成LDHs层板的金属离子混合溶液在碱作用下发生共沉淀，其中在金属离子混合溶液中或碱溶液中含有所需合成组成的阴离子基团，沉淀物在

5、一定条件下晶化即可得到目标LDHs。共沉淀的基本条件是达到过饱和条件。通常在LDHs合成中采用pH值调节法，其中最关键一点是沉淀的pH值必须高于或至少等于最可溶金属氢氧化物沉淀的pH值。根据具体的实施手段不同，共沉淀法又可分为单滴法（又称变化pH值法或高过饱和度法）、双滴法（又称恒定pH值法或低过饱和度法）及本实验室率先采用的成核/晶化隔离法。　　2.离子交换法　　2.焙烧复原法　　4.水热制备法　　该法是先将溶液A和溶液B缓慢地加在一起或快速混合，然后将得到的沉淀稍加过滤并立即将得到的浆状液转移至高压釜中，在一定

6、温度下陈化（通常大于100℃）较长时间，最后经过滤、洗涤、烘干、研磨得产物。此法特点是使水滑石的成核和晶化过程隔离开，并通过提高陈化温度和压力来促进晶化过程。　　5.溶胶-凝胶法　　溶胶一凝胶法的基本过程主要包括水解、沉淀、洗涤、干燥等步骤，与传统的共沉淀法相比，该法是先将金属烷氧基化合物在HCl或HNO3溶液中进行水解，然后再进行沉淀，并控制条件，得到凝胶。　　比较上述各种方法，本设计采用共沉淀法和水热法合成水滑石。　　共沉淀法方法的优点是：①具有相似的离子半径的和都可形成相应的LDHs，适用范围较广；②调整和的

7、原料比例，可制得一系列不同比的LDHs，产品品种较多；③可使不同阴离子存在于层间。水热法使水滑石的成核和晶化过程隔离开，并通过提高陈化温度和压力来促进晶化过程。　　四、研究方案　　注：合成及洗涤用的去离子水电导率≤10-6s/cm，使用前进行脱CO2处理。　　按物质的量之比为Mg：Al=3：1称取一定量的Mg（NO3）2?6H2O和Al（NO3）3?9H2O溶于脱CO2的去离子水配成混合盐溶液，另取一定量的NaOH溶于脱CO2的去离子水配成碱溶液，在搅拌下使两种溶液以适当滴速缓慢滴入N2保护下的三口瓶中，由酸度计测

8、定反应体系的酸度并保持pH值为10左右。两种溶液同时滴完后将白色浆液于70℃条件下继续搅拌晶化39h，然后抽滤、水洗，离心分离后的沉淀物用脱CO2的去离子水洗涤至pH值为7-8，70℃干燥24h。[4]　　1.水热法　　制备过程如下：室温下，称取一定量的Mg（NO3）2.6H20和Al（NO3）3.9H2O配制成硝酸盐水溶液300mL，另取一定量的NaOH和