[发明专利]一种层状复合金属氢氧化物的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种层状复合金属氢氧化物的制备方法。

背景技术

层状复合金属氢氧化物(Layered Double Hydroxides，简称LDHs)，又叫水滑石，是一种典型的阴离子型层状材料，其化学组成式为[M²⁺_1-xN³⁺_x(OH)₂]A^n-_x/n·mH₂O，其中，M²⁺、N³⁺是金属阳离子，A^n-是层间阴离子，x为N³⁺离子的摩尔分数，m为结晶水的数量。LDHs主体层板的元素种类及组成比例、层间客体的种类及数量可以根据需要在较宽范围内调变，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，使其成为一类极具研究潜力和应用前景的新型材料，广泛应用于催化、吸附、离子交换和功能材料等领域。

制备LDHs的方法主要有共沉淀法、水热合成法、离子交换法和焙烧还原法等。共沉淀法是制备LDHs最常用的方法。该方法以构成LDHs层板的金属离子的混合盐溶液在碱(通常为氢氧化钠)的作用下发生共沉淀，其中在金属离子混合溶液中或碱溶液中含有所要合成的层间阴离子基团，沉淀物在一定条件下晶化即可得到目标产物。水热合成法是以含有构成LDHs层板的金属离子的难溶性氧化物和/或氢氧化物为原料，在高温高压下用水处理得到LDHs。离子交换法是当M²⁺和M³⁺金属离子在碱性介质中不稳定，或当阴离子A^n-没有可溶性盐类，即不能使用共沉淀法时采用的方法。该方法先合成出LDHs前驱体，再将需要插入的阴离子与LDHs层间阴离子在一定条件下交换从而得到目标LDHs产物。焙烧还原法是将一定层板组成的LDHs在高温下焙烧一定时间，使样品转变成相应层板金属的复合氧化物LDO，再加入到含有某种阴离子的溶液介质中，其结构可以恢复或部分恢复到具有有序层状结构的LDHs。

但是，以上几种传统方法生产1吨LDHs产品需要副产2吨左右钠盐，而钠盐利用价值不高，浓缩能耗大，一般均进行直接排放，对环境造成了一定程度的污染。同时原料中含有过量的强碱，需用几十倍甚至上百倍的水进行洗涤，对水资源造成了严重浪费。因此，环境友好型LDHs的制备工艺一直是人们追求的目标。

CN 1994888A中介绍了一种层状复合金属氢氧化物的清洁制备方法，该方法以金属氢氧化物、CO₂或阴离子为A^n-的相应酸为原料，通过原子经济反应制备LDHs。该方法的主要优点是原料中的各种原子均参加反应生成了目标产物或水分子，过程中无副产物生成，产物不经过洗涤就可以进行干燥得到纯净产品，大大节约了水资源，保护了环境。但是，该方法中所使用的金属氢氧化物均是商购的化学药品，因此制备LDHs的成本较高，只适于实验室少量制备，难以实现工业化生产。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中层状复合金属氢氧化物的制备方法不清洁或原料成本高、难以实现工业化的缺点，提供一种清洁而且原料成本低、能够实现工业化的层状复合金属氢氧化物的制备方法。