[发明专利]具有硫酸根插层的层状复合金属氢氧化物的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机非金属功能材料技术领域，具体地讲，涉及一种具有硫酸根插层的层状复合金属氢氧化物的制备方法。

背景技术

复合金属氢氧化物(简称LDHs)是一种层状材料，LDHs由带正电荷的金属氢氧化物层板和带负电荷的层间阴离子组装而成，金属氢氧化物层板中带有具有不同电荷的金属阳离子。在现有的LDHs中，金属阳离子主要为二价金属阳离子和三价金属阳离子，由此该LDHs的结构通式可表示为：[M⁺M²⁺_1-y-0.5x-2zM³⁺_yM⁴⁺_z(OH)₂](A^n-)_y/n·mH₂O，其中M⁺、M²⁺、M³⁺和M⁴⁺分别表示位于金属氢氧化物层板上的一价金属阳离子、二价金属阳离子、三价金属阳离子和四价金属阳离子，A^n-表示层间阴离子，0≤x≤0.4，0≤y≤0.7，0≤z≤0.5，0≤y+0.5x+2z≤1，其中y、z不能同时为0，m为层间水分子的物质的量。

LDHs具有主客体元素种类和数量可调、层板弹性可调、尺寸和形貌可调等特点，LDHs因其结构的特殊性以及性能被极大强化而在催化、能源、生物传感器、吸附、药物等研究领域引起了广泛兴趣和高度重视，产业关联度大、渗透性强，可广泛应用于国民经济众多领域和行业。

传统LDHs的制备方法主要包括水热法、沉淀法、离子交换法、焙烧还原法等，一般地，用于制备具有硫酸根插层的LDHs的方法通常有离子交换法和共沉淀法，但是这两种方法均需要在N₂气氛保护下进行，制备条件相对苛刻，并且需要特殊的设备，存在高压危险。因此，探索一种合适的具有硫酸根插层的LDHs的制备方法很重要。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种具有硫酸根插层的复合金属氢氧化物的制备方法，该制备方法无需提供N₂气氛，降低制备成本及设备要求，且不存在高压危险，是一种清洁的制备方法。

为了达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种具有硫酸根插层的层状复合金属氢氧化物的制备方法，所述层状复合金属氢氧化物包括低价主体层板阳离子、高价主体层板阳离子以及层间阴离子，其中，所述低价主体层板阳离子和所述高价主体层板阳离子包括至少一种金属阳离子，所述层间阴离子为硫酸根；所述制备方法包括步骤：

S1、将低价阳离子的氢氧化物与高价阳离子的氢氧化物混合并溶于水中，获得第一混合物；

S2、向所述第一混合物中添加硫酸和/或水溶性硫酸盐并混合均匀，获得第二混合物；

S3、将所述第二混合物在50℃～300℃下反应4h～100h，反应产物经固液分离，所得固相经干燥，获得所述具有硫酸根插层的层状复合金属氢氧化物。

进一步地，所述低价阳离子与所述低价主体层板阳离子相同；所述高价阳离子与所述高价主体层板阳离子相同。

进一步地，所述低价阳离子选自Li⁺、Mg²⁺、Zn²⁺、Ca²⁺、Cu²⁺、Ni²⁺、Co²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Cd²⁺和Be²⁺中的至少一种。

进一步地，所述高价阳离子选自Al³⁺、Ni³⁺、Co³⁺、Fe³⁺、Mn³⁺、Cr³⁺、V³⁺、Ti³⁺、In³⁺、Ga³⁺、Sn⁴⁺、Ti⁴⁺和Zr⁴⁺中的至少一种。

进一步地，所述低价阳离子的氢氧化物与所述高价阳离子的氢氧化物的物质的量之比为2:1～100:1。

进一步地，所述硫酸和/或水溶性硫酸盐的物质的量为所述高价阳离子的物质的量的0.01～50倍。