[发明专利]一种水滑石的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水滑石的制备方法。

背景技术

水滑石(Layered Double Hydroxides，简称LDHs)，是一种层状阴离子粘土，化学通式为[M²⁺_1-xM³⁺_x(OH)₂](A^n-)_x/n·mH₂O，其中M²⁺和M³⁺分别代表二价和三价金属离子，如Mg²⁺、Zn²⁺、Co²⁺、Ni²⁺和Al³⁺、Fe³⁺等金属阳离子；x是M³⁺/(M²⁺+M³⁺)摩尔比，0.20～0.33；A^n-是插层阴离子，如CO₃^2-、NO₃^-、杂多阴离子、金属配离子等。

由于这类材料具有独特的层板阳离子可调配性和层间阴离子可交换性，其在催化、吸附、离子交换、合成材料、日用化工、超导和环境保护等方面具有很大的应用潜力，因此人们对水滑石的制备方法进行了广泛的研究，以期得到适合工业化生产并具有高产率、高品质的工艺技术。1998年2月4日申请号为96110833.9的发明创造公开了一种制备水滑石及其金属氧化物的方法：采用醇或醇混合物与至少一种或多种二价金属和至少一种或多种三价金属反应并对获得的醇盐混合物通过水解得到水滑石，通过煅烧得到相应的金属氧化物。2008年8月13日申请号为200810101344.6的发明创造公开了一种用做混凝土外加剂的钙铝水滑石制备方法：将一定比例的钙盐和铝盐，氢氧化钠颗粒分别溶于有机-水混合溶剂中，采用全返混爆发式成核反应器合成出钙铝水滑石凝胶，然后将产品装入一定的晶化容器中晶化，制得钙铝水滑石。这种方法的关键是控制全返混爆发式成核反应器的参数，由于全返混爆发式成核反应器只是起到了搅拌混合的作用，得到的晶粒尺寸分布较宽。

最易实现工业化的制备水滑石(LDHs)的方法是共沉淀法。其主要原料是可溶性的二价和三价金属离子盐、碱和碳酸盐。其中，金属离子盐主要采用硫酸盐、硝酸盐、氯化物等；碱主要采用氢氧化钠、氨水等；碳酸盐采用碳酸钠，有时也可用尿素代替。在制备前根据K_sp[M(OH)₂]、K_sp[M(OH)₃]和计划合成的水滑石类化合物的化学计量比进行优化计算，然后配制出相应配比的一定浓度的M²⁺、M³⁺盐溶液和碱液。反应体系中碱液过量，有利于得到更好的氢氧化物沉淀。其制备方法根据制备工艺不同可以分为恒定pH值法和变化pH值法。在制备过程中，可以将M²⁺与M³⁺的混合溶液逐渐加入到不断搅拌的具有一定pH值的碱液中，这就是所谓的单滴法，也称变化pH值法；也可以将M²⁺与M³⁺的混合液和碱液同时滴于水溶液中，使用pH计监控溶液的pH值，滴定过程中通过控制碱液和盐溶液的滴速来实现控制溶液pH值的目的，这是所谓的双滴法，也称恒定pH值法。得到的固液混合物晶化一定时间，用去离子水洗涤、干燥即得产品。一般说来，温度越高，加热时间越长，LDHs材料晶粒就越大。

其中变化pH值法，由于滴加过程中体系pH值持续变化，体系始终处于过饱和状态，所以得到的LDHs材料晶粒尺寸分布较宽，并常伴有氢氧化物和难溶盐等杂相生成，导致LDHs材料的纯度降低。而恒定pH值法，由于在溶液滴加过程中体系pH值保持恒定，容易得到晶相单一、晶粒尺寸分布窄的LDHs材料。但是该方法在制备中需要实时控制溶液的pH值，给材料制备带来了相当大的麻烦。有些企业由于在生产过程中未能严格控制好溶液的pH值，得到的产品经常是氢氧化物和不溶性盐的混合物。

发明内容

本发明的目的是提供一种水滑石的制备方法，用该方法制得的水滑石晶相结构完整、晶粒尺寸均匀。