[发明专利]一种一维形貌类水滑石材料及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种一维形貌类水滑石材料及其制备方法，属于无机非金属功能材料的制备领域。 

背景技术：

类水滑石(hydrotalcite-like compounds，简称HTLs)是由OH^-八面体配位的二、三价金属离子(M^II和M^III)阵列构成的带正电荷的类氢氧镁石(brucite-like)主体层板([M^II_1-xM^III_x(OH)₂]^x+)和层间客体水合阴离子(A^n-)构成的一类阴离子型层状材料，因此也称作阴离子黏土(anionic clays)，其化学组成可表示为通式：[M²⁺_1-xM³⁺_x(OH)₂]A^n-_x/n·mH₂O，通常简写为M^IIM^III-A-HTLs。主体层板的可调变性和层间客体阴离子的可交换性是类水滑石化合物的主要特征。通过调变主体层板的金属元素种类及组成、层间客体阴离子的种类及数量，可以获得具有相同晶体结构、不同物理化学性质的HTLs材料，构成了一个极具研究潜力的宠大HTLs材料家族。广泛应用于催化、吸附、离子交换和功能材料等领域。HTLs材料不仅可以直接用作催化剂，如催化Claisen-Schmidt缩合反应等。HTLs的焙烧产物(CHTLs)具有碱性、高比表面(100～300m²/g)、金属元素分布均匀、高热稳定性、记忆效应等特性，使其成为催化剂前驱体和催化剂载体的重要材料，在聚合、加氢、重整、甲烷化、甲醇合成、高级醇合成、烃类合成、流化催化裂化(FCC)等诸多反应体系中具有非常好的应用前景。 

现有HTLs的制备技术可分为一步法和多步法。一步法即由原料一锅直接获得目标LDHs的制备方法(One-pot Synthetic Method)，包括共沉淀 法(单滴法、双滴法、成核/晶化隔离法和尿素法)、水热法、机械研磨法等。多步法包括以HTLs作为前驱体(通常采用共沉淀等一步法制备)通过后处理(Post-modification)获得目标HTLs的离子交换法、焙烧重构法和再沉淀法，以溶胶为前驱体的溶胶-凝胶法，以及用模板引导HTLs生长的牺牲模板法等。 

众所周知，形貌是影响材料性能的重要因素。正因为此，形貌控制技术成为近年来材料制备领域的研究热点。 

由于HTLs在层板二维方向上性质相同，所以一步法、以一步法制备产物为前驱体的离子交换法、焙烧重构法和再沉淀法，以及溶胶-凝胶法仅能获得六边形片层状HTLs粉体。将六边形片层状HTLs粉体直接应用于催化、吸附、离子交换等工业过程，将带来床层压降大、扩散阻力大、催化剂易流失、不易分离，以及不易进行工艺放大等问题。制备特殊形貌大尺寸HTLs是解决这些问题的有效途径之一。根据目前的文献报道，仅牺牲模板法能够获得特殊形貌的HTLs，如Géraud等(Géraud E，Prévot V，Ghanbaja J，Leroux F.Chem Mater，2006，18(2)：238)以聚苯乙烯(PS)为牺牲模板制备了骨架结构的HTLs。牺牲模板法需要在制备后期采用溶蚀、锻烧等方法去除模板。HTLs溶于酸，500℃以上分解为混合金属氧化物或尖晶石和金属氧化物的混合物，使溶蚀法和锻烧法在应用上都受到很大限制。而且，牺牲模板法步骤多、制备过程复杂、成本高，目前还难以实现工业化生产。 

一维形貌HTLs(如纤维状HTLs、棒状HTLs、条状HTLs、HTLs晶须等)具有分散均匀、堆密度小等优点，在催化、吸附、离子交换等应用领域具有独特的优势、具有极大的应用潜力。有关一维形貌HTLs的制备技术尚鲜有报导，开发一维形貌HTLs的制备技术具有重要的现实意义。 

发明内容：

本发明的目的是提供一种一维形貌类水滑石材料及其制备方法。通过 固态含镁前驱体与含铝溶液和含碳酸根溶液间的固-液离子交换和同步晶相转化过程制备出具有一维形貌的类水滑石材料，提高材料的分散均匀性，减小堆密度，使其更适于催化、吸附、离子交换等应用领域。 

本发明的一种一维形貌类水滑石材料，其化学式用如下通式表示：