[发明专利]一种铁锰类层状双氢氧化物、制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种铁锰类层状双氢氧化物，属于材料化学领域，该铁锰类层状双氢氧化物具有层状双氢氧化物的纳米片层结构，Fe(OH)₃、Mn(OH)₂、Mg(OH)₂构成了纳米片层的骨架结构，层间填充阴离子。铁锰类层状双氢氧化物由混合离子溶液和碱液混合反应、干燥制得，所述的混合离子溶液中包括金属离子和阴离子，金属离子包括Fe(Ⅲ)、Mn(Ⅱ)、Mg(Ⅱ)；所述干燥方式为冷冻干燥，该铁锰类层状双氢氧化物应用于去除水中重金属Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)。

技术领域

本发明涉及一种用于水中重金属离子吸附去除的层状双氢氧化物，更具体的说，是一种具有良好层状结构的铁锰类层状双氢氧化物、制备方法及应用。

背景技术

自上个世纪Feitknecht等人利用金属盐和碱金属氢氧化物首次人工合成出了层状双氢氧化物，大胆地设想了层状双氢氧化物的双层结构模型后，对层状双氢氧化物制备方法的探索一直备受关注，制备出形状规则、单分散性良好和粒径可控的层状双氢氧化物一直是科研工作者的研究重点。

层状双氢氧化物又名水滑石，是由带正电荷的主体层板和层间阴离子通过非共价键的相互作用组装而成化合物，它的结构类似于水镁石Mg(OH)₂，由MgO₆八面体共用棱形成单元层，典型的层状双氢氧化物化合物是镁铝碳酸根型水滑石：Mg₆Al₂(OH)₁₆CO₃·4H₂O，其中，Mg(Ⅱ)和Al(Ⅲ)可以被其他同价金属离子取代，而形成新的层状双氢氧化物，从而被赋予各种特性。

层状双氢氧化物本身的结构特点使其具有特殊的性质：(1)层板化学组成的可调控性；(2)层间阴离子种类及数量的可调控性；(3)晶粒尺寸及分布的可调控性；(4)酸碱双功能性；(5)热稳定性：加热到一定温度，层状双氢氧化物将发生分解，热分解过程包括脱除层间水，脱除层间阴离子，层板羟基脱水和新相生成等步骤；(6)记忆效应：500℃下焙烧产物双金属复合氧化物(LDO)在阴离子的溶液中可以部分恢复到具有有序层状结构的层状双氢氧化物。

近年来，针对层状双氢氧化物的改性研究受到越来越多的关注，中国专利申请号为CN201510413917.9，公布日期为2015.12.23的一种蒙脱石基层状双氢氧化物纳米材料、制备及应用的申请案，该申请案选用带正电荷的Mg/Al层状双氢氧化物与带负电荷的天然蒙脱土絮凝制得蒙脱石基层状双氢氧化物纳米材料，其中Mg/Al层状双氢氧化物的制备过程为：采用氢氧化钠溶液滴入装有MgCl₂和AlCl₃的混合溶液中，室温下搅拌，在65℃烘箱老化4天，产物冷却后离心，沉淀经洗涤后于65℃烘干，研磨。结果表明，经过改性的层状双氢氧化物对磷的吸附容量显著提高。

采用其他同价金属离子取代Mg(Ⅱ)和Al(Ⅲ)的改性研究也成为层状双氢氧化物改性研究的重点，目前对改性较多的方式为共沉淀方法，该方法是在一定的温度和pH条件下，用相应的可溶性金属盐的水溶液和碱液共沉淀合成，其中镁盐和铝盐可采用氯化物、硝酸盐和硫酸盐等，碱液可以是氢氧化钠、氢氧化钾、氨水等，共沉淀的基本条件是调节pH值使其达到过饱和状态。Fe(Ⅲ)、Mn(Ⅱ)与Mg(Ⅱ)和Al(Ⅲ)的离子半径接近，理论上可以合成铁锰类层状双氢氧化物，从而赋予层状双氢氧化物更多的特性，然而在利用传统共沉淀的方法进行铁锰类层状双氢氧化物合成过程中容易产生结晶紊乱、层状结构崩塌的问题，最终无法得到具备良好层状结构的层状双氢氧化物。如在《类水滑石对水环境中低浓度磷的调控研究》中，其采用MnCl₂和FeCl₃溶液按照3：1的比例混合，然后将混合溶液与氢氧化钠、碳酸钠反应，培养结晶，制备了铁锰类层状双氢氧化物，将制备的材料采用扫描电镜进行形貌考察，根据其扫描电镜图谱可观察该材料并不具备双层氢氧化物的特征，判定为金属复合物的形式。