镁铝水滑石的清洁合成

试剂：MgO(AR)，NaOH(AR)，Al(OH)3(AR)，无水Na2CO3(AR)，ZnO(AR)，EDTA(AR)，三乙醇胺(AR)，氯化铵-氨水和乙酸钠-乙酸缓冲液，盐酸，铬T黑和二甲酚橙指示剂等。
四、实验步骤
1、镁铝水滑石的清洁合成
称取10.4gAl（OH）3和12gNaOH，放入烧杯中，加入125ml的去离子水，加热至溶液沸腾，以制备铝酸盐溶液。另称取4.3gNa2CO3和7.5gMgO加入到烧杯中，充分搅拌，式混合均匀。测定混合溶液的Ph值约为11~12，把混合溶液倒入500ml的三口瓶中，在充分搅拌、回流冷凝的条件下，反应6h，然后抽滤，水洗，70℃干燥24h，然后研磨。
（2）Al3+的测定：移取25.00ml的溶液到锥形瓶中，加入过量的EDTA标准液，煮沸1min，冷去后加入乙酸钠-乙酸缓冲溶液，调节pH约为6，二甲酚橙作为指示剂，用Zn2+标准液滴定溶液至浅粉红色。平行三次，记录用去的Zn2+溶液的体积，取平均值计算Al3+的含量。
（3）由Mg2+、Al3+含量计算Mg与Al摩尔比值。
水滑石Mg6Al2(OH)16CO3•4H2O加热到一定温度要发生分解，热分解过程包括脱层间水、层间碳酸根离子、层板羟基脱水（层状结构被破坏）和新相生成等步骤。在空气中低于200℃时，仅失去层间的水分，而对结构没有影响；当加热到250~450℃时，则层板羟基脱水，伴随着CO32-分解；加热到450~500℃后，脱水比较完全，CO32-以CO2形式完全脱出，最后剩余物是Mg6Al2O8(OH)2,称为镁铝复合氧化物。
250～450℃峰，脱去OH-。
5.IR表征（IR图见最后）
红外吸收峰波数/cm-1
-OH伸缩振动
3353.77
H2O-CO32-间氢键
H2O弯曲振动
1634.45
CO32-对称伸缩振动
1396.78
CO32-伸缩振动
1107.42
9.02
六、思考题
1.本实验的副产物为Na2SO4，与剩余的反应物混合并作为滤液被滤出后，不能直接用于下一次的产品合成，提纯回收的成本较高。用MgO与铝酸钠水溶液混合反应生成水滑石,反应后滤液可全部回收，用于下一批合成物料，无高浓度废液排放，是环境友好过程。
该类合成路线在反应中消耗大量的NaOH，这些NaOH与原料中Cl-、NO3-或SO42-反应，生成低价值的NaCl、NaNO3或Na2SO4而大量排出，一方面成本相对较高，另一方面造成环境污染。近年来环境保护日益受到重视，清洁合成技术是发展的必然趋势。
本实验即3采用清洁合成路线制备镁铝水滑石，该方法是以MgO与铝酸钠水溶液混合反应生成水滑石,反应后滤液可全部回收，用于下一批合成物料，无高浓度废液排放，是环境友好过程。同时对合成的镁铝水滑石采用X射线粉末衍射法对物质结晶态及晶体结构进行分析，采用红外光谱推测未知分子中官能团的种类，采用络合滴定法，用EDTA滴定样样品（和残留液）Mg2+、Al3+组成，利用热分析法确定产物中结构水含量。
目前制备水滑石类化合物通常采用共沉淀法，其合成路线为：
（1）MgCl2+AlCl3+NaOH+Na2CO3→ Mg6Al2(OH)16CO3·4H2O+NaCl
（2）Mg(NO3)2+Al(NO)3+NaOH+Na2CO3→Mg6Al2(OH)16CO3·4H2O+NaNO3
（3）MgSO4+Al2SO4+NaOH+Na2CO3→Mg6Al2(OH)16CO3·4H2O+Na2SO4
11.64
11.67
nEDTA(与Al3+与Mg2+络合)/mol
2.874×10-4
2.868×10-4
2.876×10-4
2.873×10-4
nAl3+/mol
0.691×10-4
0.683×10-4
0.691×10-4
0.688×10-4
其中，
综上得：
4.差热分析
0～50℃峰，脱去层间水；
150～250℃峰，脱去CO32-;
2、产物中的Mg2+、Al3+含量的测定
采取络合滴定法，用EDTA滴定样品（和残留液）Mg2+、Al3+组成，具体过程如下称取水滑石样品1.0g，用稀HCl溶解后，配成待测溶液。
（1）Mg2+的测定：移取25.00mL溶液到锥形瓶中，加入过量三乙醇胺溶液将Al3+充分络合，在加入氯化铵-氨水缓冲溶液，调节pH值约为10，铬黑T作为指示剂，溶液呈紫红色。用已标定的EDTA标准也滴定溶液，只知其变为纯蓝色为止。平行三次，记录用去的溶液体积，取平均值计算Mg2+的含量。
镁铝水滑石的
同组人：李珲、唐彦群、赵晓峰
一、实验目的
1、本实验采用共沉淀法制备镁铝水滑石；
2、利用EDTA络合滴定法测定镁铝水滑石样品中Mg2+和Al3+的含量；
3、热分析法确定镁铝水滑石样品中的结构水含量；并通过红外、X粉末衍射表征晶体结构。
二、实验原理
1、合成材料
层状双金属氢氧化物（Layered double hydroxides,简称LDHs）是一类阴离子型粘土，又称类水滑石，其组成通式为：[M(II)1-xM(III)x(OH)2]x+Ax/nn-·mH2O，其中M（II）是二价金属离子，M(III)是三价金属离子，An-是阴离子，x=M(III)／[M(II)+ M(III)]，0.2≤x≤0.33。典型的类水滑石化合物为镁铝水滑石：Mg6Al2(OH)16CO3•4H2O。层极具有水镁石Mg(OH)2层中的M2+部分地被M3+取代，形成M2+与M3+位于中心的复合氢氧化物八面体，这些八面体通过边-边共用OH基团形成层，层板厚度约0.47nm，层与层对顶叠加，层间以氢键连接。由于M2+部分地被M3+取代，导致羟基层上正点电荷的积累，这些正电荷被位于层间的An-中和。层间阴离子具有可交换性，通过离子交换可在层间嵌入不同的基团。
五、实验结果和讨论
1.EDTA的标定
1
2
3
平均
VZn标准液/mL
25.32
25.41
25.37
25.37
CEDTA=
2.Mg2+含量的测定
1
2
3
平均
VEDTA/mL
21.63
21.61
21.58
21.61
L=2.183×10-4mol
3.Al3+含量的测定
1
2
2
平均
VZn标准液/mL
11.66
11.72
3、产物中结构水含量的测定
利用热分析法确定产物中结构水含量。采用差热天平，选择升温速率10℃/min，DTA量程为50μV，记录样品在室温~600℃范围的TG-DTA曲线，确定200℃以下失重百分比，即为层间水含量。
4、IR表征
KBr压片（样品：KBr=1:100），记录镁铝水滑石样品在4000~200/cm范围的吸收谱图。
2、材料表征
利用EDTA络合滴定法测定镁铝水滑石样品中Mg2+和Al3+的含量
热分析法确定镁铝水滑石样品中的结构水含量
根据组成通式：[M(II)1-xM(III)x(OH)2]x+Ax/nn-·mH2O，即可确定所合成样品的组成通过红外、X粉末衍射表征晶体结构
3、TG/DTA热分析法
水滑石Mg6Al2(OH)16CO3·4H2O加热分解过程包括两个过程：
(1)低于200℃时，仅失去层间的水分，而对结构没有影响；
(2)当加热到250～450℃时，则层板羟基脱水，伴随着CO32-分解，层状结构破坏；最后剩余物是Mg6Al2O8(OH)2，称为镁铝复合氧化物。
三、实验仪器和试剂
实验装置：制备镁铝水滑石的主要装置如图所示。
仪器：电动搅拌器，加热套，回流冷凝管，温度计，500ml三口圆底烧瓶，酸、碱滴定管各一支，北京光学仪器厂PCT-2A型差热天平，NICOLET 60SXB FTIR型红外光谱仪等。