[发明专利]一种季磷盐柱撑层状磷酸锆材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种有机-无机杂化材料及其制备方法和应用，特别涉及一种季磷盐柱撑层状磷酸锆材料及其制备方法和应用。

背景技术

层状粘土由于其层间具有可交换的水合阳离子、吸附性能强，因此是一种功能性物质的良好载体。将功能性有机物插入层状粘土的层间，使其与层状粘土形成分子级的复合，得到不溶性的柱撑化合物。柱撑化合物由于其中的功能性有机物的耐热性大幅度提高、毒性下降，从而性能稳定、长效。

磷酸盐是近年来发展起来的一类新型的阳离子型层状化合物，其化学式可用通式M(HPO4)₂·H₂O(简写为MP，M＝Zr，Ti，Sn，Hf等)表示(张蕤，胡源，宋磊等.层状磷酸盐的水热合成极其稳定性[J].中国有色金属学报，2001，11(5)：895-899.)。由于磷酸盐具有规整层板结构以及可设计与调节性，并且热稳定性和耐酸碱性好、离子交换性能和催化性能优良，是制备柱撑化合物或层柱催化材料的优良基体。

季铵盐和季磷盐都是典型的有机阳离子型杀菌剂。如果直接使用这些有机阳离子进行杀菌，容易造成水体的污染，所以研究者尝试将其固定在粘土中，以达到长效抗菌和不污染环境的目的。由于有机阳离子型杀菌剂均含有长链烷基，分子空间体积较大，而磷酸盐的层间距小，因此有机阳离子型杀菌剂无法直接插入磷酸盐的层间。在对磷酸盐的插层行为和离子交换能力的研究过程中，发现用极性小分子如烷基胺、醇胺及烷基胺碱等可以对其进行胶体化处理，将这些小分子插入层间使层间距扩大、层板间的作用力减弱，以此为前驱体，其它的客体分子易于进入层间形成稳定的柱撑化合物或插层化合物(H.Y. Wang，D.X.Han.A new method of immobilizing ionic liquids into layered zirciniumphosphates [J].Chinese Chemical Letters，2007，18：764-767.)。至今已成功将十六烷基三甲基季铵阳离子等有机阳离子插入磷酸锆的层间制备了柱撑化合物(R.A.Bermúdez，Y. Colón，G. A.Tejada.Intercalation and photophysical characterization of1-pyrenemethylamine in zirconium phosphate layered materials[J].Langmuir，2005，21：890-895.)。但现有磷酸锆柱撑化合物大都为季铵阳离子，其不足之处是耐温能力低于200℃，而一般塑料的成型加工温度都在200℃以上，因此限制了其应用范围。

季磷盐是新一代高效、广谱、低毒杀菌剂，具有泡沫低、粘泥剥离能力强、pH值适用范围宽以及阻燃性高等特点(Omatete O O，Pollinger J P. Gelcasting andaquous injection molding for silicon nitride structural ceramics[A].In：Fed L F.6thInternational Conference of Ceramic Processing[C]，USA：Materials ReserchLaboratory at UCSB，1997.11.)，其与季铵阳离子结构相似、但耐热性相对更好。目前关于用季鏻阳离子柱撑磷酸锆制备抗菌粉体，还未见相关报道。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种季磷盐柱撑层状磷酸锆材料。该材料的外观为白色或浅灰色粉末，具有抗菌、阻燃的效果，可在塑料、橡胶、纤维、涂料、胶粘剂、纸张和瓷等材料中获得应用，还可去除水中的藻类，用于治理大面积海水赤潮、淡水水华，也适用于河道及饮用水厂中有害藻的去除，具有多功能性。

本发明的另一目的在于提供所述季磷盐柱撑层状磷酸锆材料的制备方法。

本发明的再一目的在于提供所述季磷盐柱撑层状磷酸锆材料的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种季磷盐柱撑层状磷酸锆材料，化学式为其中R为甲基、丁基、苯基或碳链长度为8～20的烷基；X为Cl或Br；m为1，n为0.00288～0.174462。

所述季磷盐柱撑层状磷酸锆材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将α-磷酸锆(α-ZrP)分散于水中，然后加入甲胺(MA)，在40～80℃搅拌1～4h，得到MA-ZrP溶液；其中α-ZrP与MA的摩尔比为1∶1～1∶10；