水滑石及其类水滑石材料的合成
水滑石类化合物的结构及其制备方法
水滑石类化合物的结构及其制备方法
水滑石(也称为氢氧化铝镁石)是一种含有镁离子和氢氧化铝离子的
层状结构矿物,其化学式为Mg6Al2(OH)16CO3·4H2O。
其结构是由氢氧化
铝的层和镁的八面体水合物层交替堆叠而成,CO3基团位于氢氧化铝层和
镁层之间。
水滑石经常被用于制备高吸附能力和高比表面积的材料。
以下
是水滑石的制备方法:
1.热水法:将氢氧化铝和硫酸镁混合,加入适量的水并在高温下混合,然后冷却,产生层状水滑石结构。
2.水热法:将氢氧化铝和硝酸镁以及一定量的水混合,然后在高温高
压下进行反应,产生层状水滑石结构。
3.溶胶-凝胶法:首先制备氢氧化铝和硝酸镁的溶胶,然后将两种溶
胶混合,制备成凝胶状态并在高温下进行煅烧,得到层状水滑石。
4.氧化镁和铝反应法:将氧化镁和铝以一定摩尔比混合,然后进行高
温反应,生成层状水滑石结构。
水滑石生产配方与工艺
水滑石生产配方与工艺
水滑石(Hydrotalcite)是一种常见的层状化合物,其生产配方和工艺如下:
配方:
1.原料:选用硫酸镁、硫酸铝(硝酸铝)、碳酸钠、片碱等几种主原料。
2.金属盐溶液:可用的金属盐溶液包括硝酸盐、硫酸盐、氯化物和碳酸盐等。
3.碱:常用的碱包括氢氧化钠、氢氧化钾和氨水等。
工艺:
1.在50℃-60℃温度下,将可溶性金属盐溶液与碱溶液混合,发生共沉淀反应生成沉淀。
2.通过晶化使含有沉淀物的溶液成晶,经过洗涤、抽滤、干燥、研磨等步骤,得到水滑石产品。
3.在生产过程中,为了纯化产品,可能需要进行高温高压处理,例如在120℃下保持24小时。
4.压滤和洗涤步骤可以进一步去除杂质,提高产品的纯度。
5.后续的改性处理通常使用硅烷进行,以提高产品的性能。
6.最后,进行包装得到最终产品。
水滑石的生产配方和工艺可以根据实际需求进行调整,例如通过改变金属盐溶液的种类和浓度,或者调整晶化过程中的温度和时间等参数,可以得到不同性能和形貌的水滑石产品。
水滑石的制备方法
水滑石的制备方法
水滑石的制备方法主要有以下几种:
1. 碳酸氢铵法:将碳酸氢铵和适量的氢氧化镁混合悬浊液,在适当的温度下反应生成水滑石。
反应方程式为:
(NH4)HCO3 + Mg(OH)2 →MgCO3·3H2O + NH3 + H2O
2. 碳酸镁-氰酸铵法:将碳酸镁和氰酸铵按一定比例混合,加入适量的水溶液搅拌,反应生成水滑石。
反应方程式为:
MgCO3 + NaNH2CN →MgCO3·3H2O + NaCN
3. 晶种法:将少量的水滑石晶种加入到氢氧化镁和/或碳酸氢铵溶液中,并在适当的温度下搅拌反应一段时间,水滑石晶种可以作为催化剂促进水滑石的生成。
4. 氢氟酸法:将氢氧化镁与氢氟酸反应,生成氟化镁,然后与少量碳酸镁反应,生成水滑石。
反应方程式为:
Mg(OH)2 + 2HF →MgF2 + 2H2O
MgF2 + MgCO3 →MgCO3·3H2O
以上是常用的几种水滑石的制备方法,具体选择哪种方法取决于实际情况和要求。
水滑石的合成 改性及其在功能复合材料中的应用
水滑石在功能复合材料中的应用
水滑石在功能复合材料中具有广泛的应用,如催化剂载体、电极材料、药物载 体和环保材料等。作为催化剂载体,水滑石可以提供高效的催化性能和良好的 热稳定性;作为电极材料,水滑石具有较高的电化学活性和良好的化学稳定性; 作为药物载体,水滑石能够实现药物的定向输送和可控释放;作为环保材料, 水滑石可用于重金属离子的吸附和回收。
在功能复合材料的制备过程中,需要综合考虑水滑石与基体材料的相容性、复 合材料的结构与性能以及应用环境等因素。通常采用溶胶-凝胶法、共沉淀法、 热压法等工艺来制备水滑石基功能复合材料。
溶胶-凝胶法可以实现水滑石在基体材料中的均匀分散,但由于制备过程中需 要高温烧结,因此可能影响水滑石的晶体结构和化学性质。共沉淀法可以有效 地控制水滑石的晶体结构和形貌,但其制备过程中可能引入杂质,影响复合材 料的性能。热压法可以制备具有优良结构性能的复合材料,但需要严格控制热 压条件和烧结温度,以避免水滑石晶体的分解和性能的损失。
结论
本次演示对水滑石的合成、改性及其在功能复合材料中的应用进行了详细探讨。 水滑石作为一种具有重要应用前景的功能材料,其合成方法、改性技术和在功 能复合材料中的应用领域均具有重要研究价值。
目前,对于水滑石的合成与改性已经取得了一定的研究成果,但在实际应用中 仍存在一定的挑战。例如,合成过程中金属离子配比的优化、合成条件的控制 以及改性方法的筛选等方面仍需进一步研究和改进。此外,水滑石在功能复合 材料中的应用也需要结合具体应用场景进行优化设计和制备,以更好地发挥其 独特性能和拓展其应用范围。
参考内容二
一、引言
镁铝型水滑石是一种重要的层状材料,因其具有优良的物理化学性能,如高稳 定性、高催化活性、高离子交换能力等,而被广泛应用于催化剂、离子交换剂、 药物载体等领域。水热合成法是一种在高温高压条件下,通过控制反应条件, 制备具有特定结构和性能的材料的方法。本次演示将探讨镁铝型水滑石的水热 合成方法及其应用。
水滑石——精选推荐
水滑石的制备及应用研究摘要:水滑石及类水滑石化合物具有特殊的层状结构及物理化学性质,具有孔径可调变的择形吸附的催化性能,在吸附、催化领域中占有重要位置。
综述了水滑石的结构、合成方法和应用。
自然界存在的水滑石是镁、铝的羟基碳酸化物,后来人们合成了各种类型的类水滑石化合物(hydrotalcite-like compounds,简称HTLcs),是水滑石中的Mg2+,Al3+,被其他同价离子同晶取代后的化合物,它在结构上与水滑石相同。
由于HTLcs具有离子交换性,又具有孔径可调变的择形吸附的催化性能,近年来越来越受人们重视。
近年来,对于层状双金属氢氧化物(Layerdouble hydroxides简称LDHs)的研究已成为材料科学领域的热点,水滑石及类水滑石化合物因具有特殊的层状结构及物理化学性质,在吸附、催化领域中占有重要位置,对它研究也越来越多。
1 结构水滑石分子组成是Mg6Al2(OH)16CO3·4H2O,它是一种阴离子型层状化合物。
水滑石中的Mg2+、A13+被M2+、M3+同晶取代得到结构相似的一类化合物,称为类水滑石,分子通式:M2+1-XM3+X(OH)2(An-)X/n·yH2O,其中M2+=Mg2+、Ni2+、Co2+、Zn2+、Cu2+等;M3+=Al3+、Cr3+、Fe3+、Sc3+等;An-为在碱性溶液中可稳定存在的阴离子,如:C032—、NO3—、Cl—、OH—、S042—等;x=0.2~0.33,y=0~6。
不同的M2+和M3+,不同的填隙阴离子A—,便可形成不同的类水滑石。
其结构非常类似于水镁石Mg(OH)2,由MgO6八面体共用棱形成单元层,位于层上Mg2+、Al3+、OH—层带有正电荷。
层间有的Mg2+可在一定范围内被A13+同晶取代,使交换的阴离子CO32-与层板上的正电荷平衡,使得这一结构呈电中性。
此外,在氢氧化物层中同时存在着一些水分子,这些水分子可以在不破坏层状结构的条件下去除。
水滑石及类水滑石材料的合成及催化应用新进展_杨一青
水滑石是一类具有特殊结构的层状无机材料。
具有独特的结构和性能,在离子交换、吸附分离、催化、医药等领域得到广泛应用。
水滑石类材料主要包括水滑石(Hydrotalcite,简称HT)及水滑石类化合物(Hy-drotalcite-likecompounds,简称HTlc)。
其结构既具有层板上阳离子的同晶取代性,又具有层间阴离子的可交换性[1]。
由于其独特的结构特性、组成及孔结构的可调变性以及优良的催化性能,在吸附、催化领域中占有重要位置,使其在催化、工业、医药等方面具有广阔的应用前景。
1水滑石的组成及结构特征典型的水滑石Mg6Al2(OH)16CO3・4H2O是一种天然存在的矿物。
水滑石与水镁石(Mg(OH)2)的结构类似,水镁石由Mg(OH)2八面体相互共边形成层状化合物[2],层与层之间对顶地叠在一起,层间通过氢键缔合。
当水镁石层状结构[3]中的Mg2+部分被半径相似的阳离子(如Al3+、Fe3+、Cr3+)取代时,会导致层上正电荷的积累,这些正电荷被位于层间的负离子平衡,在层间的其余空间,水以结晶水的形式存在。
当Mg2+和Al3+被半径相似的2价或3价阳离子同晶取代,或CO32-被其他阴离子取代,即形成HTlc。
水滑石类化合物是一类层柱状化合物,其理想组成为M(Ⅱ)6M(Ⅲ)2(OH)16CO32-・4H2O,M(Ⅱ)为2价金属阳离子(如Mg2+,Zn2+,Cu2+,Ni2+等),M(Ⅲ)为3价金属阳离子(如Al3+,Fe3+,Cr3+等)。
层间阴离子CO32-可被NO3-和Cl-等简单的无机阴离子取代,也可被体积较大的同多和杂多金属含氧酸盐取代,还可以被不同体积的有机阴离子替代,从而得到另一种水滑石类化合物,称之为柱撑水滑石。
水滑石类化合物的特殊结构使其具有特殊的性能。
(1)层板化学组成的可调控性;(2)层间离子种类及数量的可调控性;(3)晶粒尺寸及其分布的可调控性;(4)低表面能。
类水滑石具有和水滑石相同的结构,差别在于层上阳离子和层间阴离子的种类和数量,二者统称为水滑石。
《多元类水滑石材料的制备及催化PMS去除水中难降解有机污染物的研究》范文
《多元类水滑石材料的制备及催化PMS去除水中难降解有机污染物的研究》篇一摘要:本研究旨在制备具有高效催化性能的多元类水滑石材料,并探讨其对于过一硫酸盐(PMS)催化去除水中难降解有机污染物的应用。
通过系统的实验设计和分析,本文详细介绍了材料的制备过程、表征方法、催化性能及机理,为水处理领域提供了一种新型、高效的催化剂材料。
一、引言随着工业化的快速发展,水体污染问题日益严重,尤其是难降解有机污染物的存在给水处理带来了巨大的挑战。
过一硫酸盐(PMS)作为一种强氧化剂,在高级氧化过程中被广泛应用于水中有机污染物的去除。
然而,其催化效率及稳定性仍需进一步提高。
因此,研究开发高效、稳定的催化剂材料成为当前水处理领域的重点。
多元类水滑石材料因其独特的层状结构和良好的化学稳定性,在催化领域展现出巨大的应用潜力。
二、多元类水滑石材料的制备1. 材料选择与配比:选取适当的金属元素,按照一定的摩尔比例配制溶液。
2. 合成方法:采用共沉淀法,将金属盐溶液与碱性溶液混合,调节pH值,经过老化、洗涤、干燥等步骤,得到前驱体。
3. 热处理:将前驱体在一定温度下进行热处理,得到多元类水滑石材料。
三、材料表征与分析1. X射线衍射(XRD)分析:通过XRD分析确定材料的晶体结构,验证水滑石材料的成功制备。
2. 扫描电子显微镜(SEM)观察:观察材料的形貌特征,了解材料的微观结构。
3. 比表面积及孔径分析:测定材料的比表面积和孔径分布,评估材料的物理性质。
四、催化PMS去除水中难降解有机污染物1. 实验方法:以PMS为氧化剂,以多元类水滑石材料为催化剂,考察其对水中难降解有机污染物的催化降解效果。
2. 实验结果:在适宜的条件下,多元类水滑石材料表现出良好的催化活性,能够有效地催化PMS产生强氧化性物质,从而降解水中的难降解有机污染物。
3. 催化机理:多元类水滑石材料通过提供活性位点,促进PMS的活化与分解,生成具有强氧化性的自由基,进而攻击有机污染物分子,实现其降解。
水滑石类材料的制备及在水污染治理中的应用
Ke o d :ae dd u l h d x e( D s; nh s ehd; a rram n yw rs l r obe yr i sL H ) ytei m to sw t et e t ye o d s s et
水 滑 石 类 化 合 物 ( aee obehdoie , Lyrddul yrxds L H ) 水 滑石 ( doa i )类 水 滑石 ( do l D s是 Hyrtce 、 lt Hyrt— a
水滑石
目前,水滑石类层状化合物的制备方法主要有共沉淀法、水热合成法、离子交换法、焙烧复原法以及尿素分解均匀共沉淀法等。
1共沉淀法共沉淀法是制备水滑石的基本方法, 即以可溶性铝盐和镁盐与沉淀剂反应生成沉淀物,经过滤、洗涤、干燥后制得水滑石。
根据投料方式不同可分为单滴法和双滴法。
根据沉淀方式不同衍生出低过饱和沉淀法和高过饱和沉淀法。
共沉淀法合成温度低,过程简单,制得的水滑石具有较高的均匀性、颗粒尺寸分布较窄且具有一定形貌。
但由于反应各组分的沉淀速度和沉淀平衡浓度积不可避免地存在着差异,所以导致产品组成的局部不均匀性,而且沉淀物还需反复洗涤过滤, 才能除去混入的杂质离子。
研究发现,共沉淀工艺条件与水滑石晶体的形貌、组成和粒径密切相关。
老化温度过低, 晶体的形成速度过慢;温度过高,则晶体生长速度过快,易形成粗晶。
在65 ℃-75 ℃时合成的水滑石晶体结构较好, 粒径15 nm-30 nm, BET比表面积100 m2 /g-120 m2 /g,可视为最佳老化温度。
采用水热晶化处理共沉淀物 , 不仅能得到小粒径、高均匀度的水滑石,还能大大缩短晶化时间。
结晶度、层间阴离子的排列有序度和晶体平均粒径均随水热晶化时间的增加而增大。
在微波场下共沉淀合成水滑石,微波晶化法可以在约8 min内达到与常规热晶化法24 h 同样的效果,避免了高温高压,而且缩短了结晶时间。
2 水热合成法水热合成法以难溶或不溶的一元金属氧化物或盐为原料,采用水溶液或蒸气等流体为介质,在压热条件下合成水滑石。
与一般湿化学法相比较,水热合成法具有反应在相对较高的温度和压力下进行,反应速度较快且有可能实现在常规条件下不能进行的反应;一般不需高温烧结即可直接得到分散且结晶良好的粉体,避免了可能形成的粉体硬团聚;可通过调节实验条件来控制纳米颗粒的结构、形态和纯度,具有结晶好、纯度高、粒度分布窄以及团聚少等优点;环境污染少、工艺简单、成本较低,是一种具有较强竞争力的合成方法。
类水滑石制备及应用
类水滑石材料制备及其应用目录目录 (1)1 水滑石的结构及性质 (2)2 水滑石的制备方法[2] (3)2.1水热法 (3)2.2沉淀法 (3)2.3诱导水解法 (3)2.4热处理的重新水合法 (4)2.5离子交换法 (4)2.6焙烧还原法 (4)2.7溶胶-凝胶法 (4)3 水滑石的研究进展及其应用 (5)3.1HTLc的制备、结构解析及合成机理方面 (5)3.2LDHs 及HTLc 的吸附性能及吸附机理的研究 (5)3.3利用LDHs 及HTLc 制备功能复合材料方面 (5)3.4LDHs 及HTLc 在催化研究领域方面 (6)3.5LDHs 及HTLc 的片层剥离研究方面 (6)3.6LDHs 及HTLc 的生物制剂研究方面 (7)3.7LDHs 及HTLc 的紫外阻隔研究方面 (7)4 水滑石研究存在的问题 (7)参考文献 (9)1 水滑石的结构及性质水滑石类化合物又称层状的双金属氢氧化物(Layered Double Hydrotalcides, 简称LDHs或HTLc),天然存在的水滑石只有镁铝水滑石,其他均为类水滑石,是一类阴离子插层的层状无机功能材料。
层状双金属氢氧化物(LDHs)具有二维层板状结构。
水滑石类化合物的化学组成通式为[M2+(1-x)M3+x(OH)2]x-[A n-]x/n•2H2O,其中M2+为二价金属阳离子(如Mg2+, Zn2+,Cu2+, Ni2+等), M3+为三价金属阳离子(如Al3+, Fe3+, Cr3+,Ga3+等),且占据了水镁石(Mg(OH)2)层板的八面体孔,其中,x=M3+/(M2++M3+),A n-为层间的阴离子或阴离子基团。
层间组成:阴离子;保证了LDHs 的电荷守恒。
由于LDHs 层板阳离子排列的均匀有序性,通过煅烧后的LDHs 经过还原,可以得到高分散的负载型金属催化剂[1]。
水滑石类化合物的特殊结构使其具有特殊的性能:1)层板化学组成的可调控性:层状化合物的片层能够应用于纳米复合材料或者成为无机或有机纳米材料的构件,可以通过重新排列或组装,形成新的纳米复合材料、多分子纳米膜等结构。
水滑石及其类水滑石材料的合成
法制 备 了 有 机 阴 离 子 柱 撑 水 滑 石 Mg4 Al2 ( OH) 12 ( TA) ? 2 O ( TA 为对苯二甲酸根 ) , 然后再以此产物 xH 为 母 体 , 在 微 O 的溶液来置换 , 得到 Mg12 Al6 ( OH) 36 H (V10 O28 ) ? 2 O 和 Mg12 Al6 ( OH) 36 ( Mo7 O24 ) ? 2 O 的 xH xH 金属氧化物柱撑水滑石 , 它们在空气中 500 ℃ 以上 仍能保持稳定 。 也可以 不用无机阴离子交换直接制备有机阴离 子柱撑 LDHs 材料 [7 ] , 当有机体具有手性的时候 , LDHs 材料层提供准二维的大孔固定位 ,有机体插入 后形成了手性环境 , 这种材料可以作为择形性催化 剂用于手性分离 。有的化 合物根据反应条件的不 同 ,既可以作为阳离子柱撑体也可以作为阴离子柱 撑体 。例 如 ,在不同的 pH 值下 ,氨基酸既可以是阳 离子也可以是阴离子 , 而且它的 L 型对 映体更容易 生成 。Fudala 等人就把质子化和脱质子的氨基酸 导入水滑石制备柱撑 水滑石 。在温和条件下 , 柱体 密度优化后可以用于手性催化 。 [8 ] 法制备 ,它衍生所得的 Mg - Al - O 混合氧化物在催 化中的应用越来越得到人 们的重视 , 它的结构特征 [11 ] 和表面特性 ,与化学组成和制备方法有关 。由水 滑石制备的 Mg - Al - O 混合氧化物具有一定的碱 性 ,对许多碱催化反应有较好的 活性 ,例如醛酮缩合 [12 ] 反应 ( aldol condensation) 、 异构化反应 。 α- 戊 基 - 苯丙烯醛 (α - Pentylcinnamaldehyde , α- PC) 在香料工业中是一种稀有的 材料 ,它可以用 钠或钾的氢氧化物作催化剂 , 由苯甲醛和正庚醛在 [13 ] 液相中合 成 。然而这种方法操作繁琐 , 因为碱金 723 K 下焙烧 , 得焙烧水滑石 CHT ( Calcined hydrotal2 cites) ,质量分数 为 1 %的 PdΠ CHT 用 Pd ( NH3 ) 4 Cl2 的 水溶液嵌入 CHT 制得 。使用前在一定温度和氢气 流中还原 ,使贵金属在表面 上形成稳定的原子簇 。 2 水滑石的应用 2. 1 作为催化剂在有机合成上的应用 28 苏 化 工 江 2003 年 4 月
水滑石类在废水处理上的方法
水滑石类在废水处理上的方法1水滑石类材料的结构、特性及制备方法1.1水滑石类材料的结构和特性水滑石分子组成为Mg6Al2(OH)16CO3・4H2O,是一种阴离子型层状化合物[1]。
水滑石中的Mg2+、A13+被N2+、M3+同晶取代得到结构相似的一类化合物,称为类水滑石化合物(Hydrtalcite-likecompounds,简称HTLcs)。
水滑石类化合物主要由水滑石、类水滑石和他们的插层化学产物柱撑水滑石构成。
水滑石类层状化合物因其特殊的结构具有许多特性,如:①特殊的层状结构。
晶体场严重不对称,阳离子在层板上的晶格中,而阴离子在晶格外的层间,因此层间阴离子有可交换特性。
②碱性°HTLcs的碱性与层板上阳离子M的性质、MO 键的性质都有关系。
③酸性。
HTLcs的酸性不仅与层板上金属离子的酸性有关,而且还与层间阴离子有关。
④结构稳定性。
HTLcs经焙烧所得的复合金属氧化物仍能保持完整的层状结构。
水滑石类材料广泛应用于催化、吸附和离子交换等领域,在医药、涂料、农药、造纸、功能高分子材料及油田开发等方面也得到应用,近年来其在环保上的应用成为新兴研究领域。
1.2水滑石类材料制备方法关于水滑石类化合物的合成,国内外做了大量的研究工作,探索出很多制备方法。
目前,水滑石类材料的合成方法主要有4种:共沉淀法、离子交换法、水热法及热处理的重新水合法[2, 3]。
其中,共沉淀法是比较经典的合成方法,可以获得质量较高的产品,但其生产工艺繁杂,''三废〃多,不适合大批量生产。
而采用水热技术合成镁铝水滑石,生产成本低,污染少,且产品纯度较高,随着水热机理的不断完善和控制技术的改进,水热法合成将是最适合大规模工业化生产规模的制备方法。
在对水滑石层间阴离子的种类和数量进行设计和重组时,离子交换法和热处理法是具有较大的竞争优势的制备方法。
2水滑石类材料在废水处理中的应用因水滑石类材料具有较多的优良特性,使得它在阻燃剂、催化剂、吸附剂和离子交换剂等方面有广泛的应用。
类水滑石化合物的制备及应用
类 水 滑 石 化 合 物 的 制 备 及 应 用
综 述专论
类水 滑 石 化 合 物 的 制 备 及 应 用
杨 小 丽
( 治 医学 院 长
杨 金 香
药学 系; 山西 长 冶 0 6 0 ) 4 0 0
摘要 : 水滑石类化合物是一类具有特殊层状结构的 阴离子粘 土材料 , 具有碱性 、 子交换 性以及“ 离 结构记忆效应 ” 近年来 备受人 ,
保 持 电中性 。 了上述具 有代表性 的水滑石 之外 , 除 类 水滑石 化合 物 ( Tc) 一种具 有 层状微 H Ls 是 观 结 构 和 层 状 双 羟 基 结 构 的 阴 离 子 粘 土 。 人 们 把 自然 界 中 存 在 的 镁 、铝 的 羟 基 碳 酸 化 合 物 称 为 水 滑 石 , 理 想 的 水 滑 石 组 成 为 M l ( H)C , O 。O ・
含 量 的 变 化 。 验 表 明 : 净 相 只存 在 于 0 2 实 纯 . ≤X ≤
有 关类水 滑石 材料 的合成 方法 有很 多报道 , 常 用 的制 备 方 法 主 要 有 四种 : 沉 淀 法 [4 离 子 共 3] -, 交 换 法 ]煅 烧 一再 水 合 法 ( 构 重 建 ) 4 , 热 , 结 [ 1水 7
M M 都 可 以用 此 方 法 制 备 相 应 的 H Ls 、 T c ,并 且
产 物 中 Mz和 M 的 比 例 几 乎 和 初 始 加 入 盐 的 比 + 例 相 同 。③ 通 过 选 择 不 同 种 类 的 盐 可 以得 到 层 间 不 同 阴 离 子 的 H L s [ 1。但 需 要 注 意 的 是 该 方 T c 12 11 -
含 氧 酸 盐 取 代 、 以及 不 同 体 积 的 有 机 阴 离 子 取 代
水滑石
层状双羟基复合金属氧化物(Layered Double Hydroxide,LDH)是水滑石(Hydrotalcite,HT)和类水滑石化合物(Hydrotalcite-Like Compounds,HTLCs)的统称,由这些化合物插层组装的一系列超分子材料称为水滑石类插层材料(LDHs)。
1842年Hochstetter首先从片岩矿层中发现了天然水滑石矿;二十世纪初人们由于发现了LDH对氢加成反应具有催化作用而开始对其结构进行研究;1969年Allmann 等人通过测定LDH单晶结构,首次确认了LDH的层状结构;二十世纪九十年代以后,随着现代分析技术和测试手段的广泛应用,人们对LDHs结构和性能的研究不断深化。
简介水滑石材料属于阴离子型层状化合物。
层状化合物是指具有层状结构、层间离子具有可交换性的一类化合物,利用层状化合物主体在强极性分子作用下所具有的可插层性和层间离子的可交换性,将一些功能性客体物质引入层间空隙并将层板距离撑开从而形成层柱化合物。
水滑石类化合物(LDHs) 是一类具有层状结构的新型无机功能材料, LDHs的主体层板化学组成与其层板阳离子特性、层板电荷密度或者阴离子交换量、超分子插层结构等因素密切相关。
一般来讲,只要金属阳离子具有适宜的离子半径(与Mg2 +的离子半径0.072 nm相差不大)和电荷数,均可形成LDHs层板[1]。
其化学组成可以表示为[MⅡ1-xMⅢx (OH)2] x +(An- )x/n·mH2O ,其中MⅡ为Mg2 + , Ni2 + , Co2 + , Zn2 + ,Cu2 + 等二价金属阳离子;MⅢ为Al3 + , Cr3 + , Fe3 + , Sc3 + 等三价金属阳离子;An - 为阴离子,如CO2 -3 , NO3 -, Cl - , OH- ,SO24 -, PO34 - , C6H4 (COO)2 2 -等无机和有机离子以及络合离子,则层间无机阴离子不同, LDHs的层间距不同[2]。
水滑石的制备方法
水滑石的制备方法水滑石是一种常见的含水氢石和氧化镁的矿石,广泛用于化工、建材、冶金等行业。
水滑石的制备方法主要有矿石矿选和加工制备两种途径。
矿石选矿是指通过对水滑石矿石进行多级选矿来获取高纯度的水滑石产品。
一般来说,水滑石矿石中可能会存在杂质物质,如石英、斜锁石、方解石等。
因此,首先需要对矿石进行粉碎、研磨和筛分,以去除杂质。
接着,对所得的粉碎矿石进行浮选或重选。
浮选过程中,可以采用油浮选法或药剂浮选法。
油浮选法是将矿石粉末与矿石与表面活性剂等调和后,通过气体分离器和泡沫分离器进行分离。
药剂浮选法则是将矿石粉末与药剂混合,产生有选择的沉浮性,在泡沫浮选池中分离石英等杂质。
在进行选矿前或后,还可以采用重选方法来提高水滑石矿石的品位。
重选过程中,可以采用重选机、离心机、沉降剂等设备和方法,逐步提高水滑石的纯度。
除了矿石选矿外,水滑石还可以通过加工制备的方式进行制备。
加工制备时,常用的方法包括煅烧法、干法法和湿法法。
煅烧法是将矿石进行煅烧,通过高温处理将氢石转化为水滑石。
煅烧过程中,可以采用固体反应、气体反应或固气反应等方式,提高水滑石的产率和纯度。
常用的煅烧设备有回转窑、浮法窑等。
干法法是直接通过机械处理,将原料粉末进行干燥、细磨和制粒,从而获取水滑石产品。
干法法的优点是工艺简单、节约能源,但纯度和产率稍低。
湿法法是将矿石浆液经过搅拌、过滤、干燥等工艺步骤来制备水滑石。
湿法法的优点是可以在原料分散度较好的情况下制备水滑石,但设备复杂,能耗较高。
总结起来,水滑石的制备方法有矿石选矿和加工制备两种途径。
矿石选矿可以通过粉碎、研磨、浮选或重选来提高水滑石的纯度。
加工制备则可以通过煅烧、干法法和湿法法等工艺来获得水滑石产品。
不同的制备方法可以根据具体需求和条件选择使用。
类水滑石化合物的制备及应用
作者简介:杨小丽(1982-),女,天津大学硕士研究生,主要从事新型功能材料的制备及其催化性能研究。
*通讯联系人类水滑石化合物(HTLcs )是一种具有层状微观结构和层状双羟基结构的阴离子粘土。
人们把自然界中存在的镁、铝的羟基碳酸化合物称为水滑石,理想的水滑石组成为Mg 6Al 2(OH)16CO 3·4H 2O 。
由于水滑石中的金属阳离子Mg 2+、Al 3+可被同价离子同晶取代,层间的阴离子CO 32-可被一些简单的无机阴离子、体积较大的同多和杂多金属含氧酸盐取代、以及不同体积的有机阴离子取代而得到类水滑石化合物,类水滑石的化学组成为[M 1-x 2+Mx 3+(OH)2]Ax/nn -·mH 2O ,其中M 2+,M 3+分别代表二价和三价金属阳离子,下标x 指金属元素含量的变化。
实验表明:纯净相只存在于0.2≤x ≤0.3,其中An-代表层间可交换的阴离子[1]。
水滑石具有水镁石Mg(OH)2型的正八面体结构,可以看作是水镁石M g (OH)2层中的M 2+部分地被M 3+取代,形成的M 3+/M 2+(OH)6复合氢氧化物八面体,这些八面体是通过边与边共用OH 形成层,层与层间相互叠加,层间以氢键缔合形成的,另外正八面体层与层之间叠加的部分以斜六方体和六边形的方式排列。
由于M 2+部分被M 3+取代,导致羟基层上正电荷的过剩,这些正电荷被位于层间的An-中和,An-与层板以静电力及层间H 2O 或者层上的-OH ,氢键OH-An--OH 或OH-H 2O-An--OH 的方式结合起来,使HTLcs 结构保持电中性。
除了上述具有代表性的水滑石之外,Li-Al 水滑石[Li1/3+Al2/3(OH)2][An-1/3n ·mH 2O]也有相关的报道[2],在这类水滑石中,占居主层位置的是一价和三价金属离子,Li +占居了Al (OH)3八面体的空位。
但是Li-Al 类水滑石有六边形的对称结构。
水滑石成分
水滑石成分
水滑石是一種特殊的膠結物,由多種礦物質組成,包括碳酸鈣、滑石粉、窒化物成份(氯化鈉、鉬酸鹽等)和少量元素組成,如鉻、銻、鋅、鈷等。
在此,這些礦物質與水反應,形成了定型的水滑石體系。
水滑石的性質及其結構主要取決於它的成分組成。
水滑石主要由碳酸鈣和滑石粉組成。
碳酸鈣是一種細微礦物,它可以吸附水份,解除和緩沖極性分子,使得水滑石有較高的無
機機械強度和藥物投放速率,因此有機膠體具有較高的穩定性。
碳酸鈣的碳微粒可以使型
號的硬度降低,很容易控制製造過程,還可形成硬質但易馳騁的多孔管,以及光感應、熱
感應和高抗衝擊強度等性能。
此外,碳酸鈣吸附水份且具有良好的抗結垢性能,可以減少
衛生墊表面的細菌汙染,從而延長墊面使用壽命和衛生環境。
滑石粉起析出和鞏固作用,可減弱碳酸鈣與水的分解及釋放濃縮性物質,從而改善水
滑石的穩定性、強度和抗疲勞性。
滑石粉的粒度需要相對小一些,可以使水滑石液膠形態
具有比較均勻的反應性,且更易於生產加工出各種產品,如結晶劑、纖維劑和穩定添加劑等,用於製造衛生材料。
此外,水滑石還含有一些元素,如鉻、銻、鋅、鈷等,參與了碳酸鈣與滑石粉的相互
作用,增強了水滑石的支撐力和抗壓力,使水滑石可以製造出高分子膠結物,適用於各種
製造應用領域。
總之,水滑石是一種特殊的膠結物,以碳酸鈣、滑石粉和窒化物成分以及少量元素組成,可用於製備各種廣泛應用的產品,如衛生材料、高分子膠結物等,對社會的發展具有
重要意義。
水滑石及类水滑石材料的合成及催化应用新进展
离 、 化 、 药 等 领 域得 到广 泛 应 用 。 滑 石 类 材 催 医 水 料 主要包 括水 滑 石( yrtli 简称 H 及 水 滑 H doa t c e, T) 石类 化 合 物 ( y do li H — rt ce—l ecmpu d 简 称 a t i o ons, k H l) Tc 。其 结 构 既具 有 层 板 上 阳离 子 的 同 晶取 代
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炼 油 与 化 工 20 0 8年 第 1 期
REFI NG NI AND CHEMI CAL I NDUS TRY 9
水 滑 石 及 类水 滑 石 材 料 的合 成 及 催 化 应 用 新 进 展
杨 一青 , 刘从 华 , 莉 , 亚红 张 王
水 滑石类 化合 物是 一类 层柱 状化 合物 , 其理 想
组 成 为 M (I Ⅲ ) O O 2 4 M ( I) I M( H)C 3 .H O, I 6 ( - 为2 价金 属 阳离子 ( M ,n ,u , i )M( ) 如 Z C N , Ⅲ
关键词 : 水滑石 ; 合成 ; 催化 中图分类号 :6 3 6 04. 3 文献标 识码 : B 文章编号: 7 — 9 220 )1 0 0 — 2 1 14 6 ( 80 — 0 9 0 6 0
水 滑 石 是 一 类 具 有 特 殊 结 构 的 层 状 无 机 材 料 。 有 独 特 的 结 构 和 性 能 , 离 子交 换 、 附 分 具 在 吸
在 。 M 2 A。 半径相似 的 2 当 g和 1 + 墩 价或 3 阳离子 价 同 晶 取 代 ,或 C 3被 其 他 阴 离 子 取 代 ,即 形 成 O2 -
水滑石及其制造方法[发明专利]
专利名称:水滑石及其制造方法
专利类型:发明专利
发明人:信贵庸克,津田耕市,大西尚美申请号:CN201280055599.8
申请日:20121108
公开号:CN103930373A
公开日:
20140716
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本发明提供一种水滑石的制造方法,其中,所得到的水滑石中的氧化锆的含量少,且若将该水滑石混配到聚氯乙烯树脂等树脂中,则树脂的透明性得到显著改善。
本发明涉及一种水滑石的制造方法,其为将镁化合物和/或锌化合物与铝化合物作为原料的水滑石的制造方法,前述水滑石的制造方法包括以下工序:浆料制备工序,制备含有前述原料之中选自由前述原料的氢氧化物、氧化物和碳酸盐组成的组中的至少1种的全部或一部分的浆料;湿式粉碎工序,使用氧化锆珠或氧化锆·二氧化硅珠,在规定的条件下对该浆料进行湿式粉碎;水热处理工序,向所得到的浆料中添加剩余的原料后,进行水热处理,合成BET值和Zr的含量在规定的范围内的水滑石。
申请人:堺化学工业株式会社
地址:日本大阪府
国籍:JP
代理机构:北京林达刘知识产权代理事务所(普通合伙)
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水溶液嵌入 CHT 制得 。使用前在一定温度和氢气 流中还原 ,使贵金属在表面上形成稳定的原子簇 。
科技进展
水滑石及类水滑石材料的合成及 应用新进展
韩小伟 ,王 ① 英
( 南京大学化学化工学院 ,江苏南京 210093)
摘要 : 水滑石及类水滑石材料具有很好的热稳定性和较大的比表面积 , 可以作为催化剂或催化剂载体 。介绍了水 滑石及类水滑石材料的合成方法以及作为催化剂 、 添加剂 、 吸附剂在有机合成反应 、 石油化学 、 塑料工业 、 水处理等 方面的应用 。 关键词 : 水滑石 ; 催化剂 ; 载体 中图分类号 :TQ324. 8 文献标识码 :A 文章编号 :1002 - 1116 (2003) 02 - 0026 - 06
(OH) 2 后 ,在一定条件下与所需插入的阴离子碱性
溶液反应 ,然后将所得产物水洗干燥 ,可以合成柱撑 水滑石 。 柱撑水滑石是一类层状阴离子型粘土 , 其独特 的层状结构 ,二维孔道结构的可调变性及层间阴离 子的可交换性 ,使其在吸附分离科学和精细化工催 化
[5 ]
[1 ]
1 水滑石的合成
1. 1 沉淀法
水滑石最常用的合成方法是共沉淀法。在一定 ) 温度 ( 一般 60~70 ℃ 和 pH 值 ( 微碱性 ) 下 , 用相应 的可溶性金属盐的水溶液来合成 , 其中镁盐和铝盐 可以采用硝酸盐 、 硫酸盐 、 氯化物等 。碱可以采用氢 氧化钠 、 氢氧化钾 、 氨水等 ,碳酸盐可以采用碳酸钠 、 碳酸钾等 ,也可以采用尿素代替碱和碳酸盐 。如合 成 Mg - Al , n (Mg) Πn (Al ) 为 5~15 , 水滑石用硝酸镁 和硫酸铝的水溶液混合 , 温度控制在 60 ~ 70 ℃, 同 时加入 K Π 2 CO3 ( 用来调节溶液 pH 值在 8. 5 ~ OH K 物
℃ 烘干 ,即制得不同原子比的水滑石样品 ,把它们在 空气中 400~700 ℃( 升温速率为 100 ~ 500 ℃ h) 焙 Π
;制备含 Mg
2+
烧 2~18 h , 可得高比表面的 Mg - Al - O 混合氧化 、 Al
3+
以外阳离子的水滑石 , 可以
27
成 ,只要合成时加入的带有相应阴离子的盐与层间 阴离子进行离子交换即可制得 。如制备 HT ( NO3 ) , 只需 Al (NO3 ) 3 ? 2 O 和 MgO 的水溶液混合 ,放入聚 9H 丙烯瓶中 ,密封后在 363 K 下烘 6 d , 过滤 , 洗涤 , 烘 干 ,即可得样品
HT 作用 ,制得样品 PdΠ 也可以先将 HT 在空气中 HT; Mg - Al 水滑石存在于自然界 ,也可以用共沉淀
。
1. 2 离子交换法制备柱撑水滑石
为了得到不同层间距的水滑石 , 可以由无机或 有机阳离子和阴离子作为柱撑体通过离子交换法合 成的材料制备柱撑水滑石 。水滑石煅烧成 Mg6 Al2 O8
[2 ]
9. 5) ,所得沉淀过滤 , 用热水洗去吸附的钾盐 , 在 80
下 ,可以恢复形成层状双金属氢氧化物 , 即所谓的
① 收稿日期 :2002 - 10 - 21
基金项目 : 教育部留学回国人员基金资助项目 (NO98 - 679)
作者简介 : 韩小伟 ( 1980 - ) ,女 ,南京大学化学化工学院化学系 2001 级硕士研究生 ,专业方向物理化学 ; 王英 ( 1959 - ) , 女 ,副教授 ,硕士生导师 ,1998 年毕业于日本 Ehime 大学工学部 ,工学博士 ,从事催化及无机新材料 、 环境保护等研究 ,在 国内外发表论文 40 余篇 ,专利 6 项 ,电话 :025 - 3595848 。
[3 ]
用相应的置换离子的盐溶液共沉淀得到
。
水滑石的层板上含有较强的碱性位 , 层间阴离
子可与各种阴离子进行交换 , 从而调变层间距 。夹
层中含有不同阴离子的水滑石也可以用共沉淀法合
第 31 卷第 2 期 韩小伟等 : 水滑石及类水滑石材料的合成及应用新进展
“记忆” 功能 。 LDO 具有较好的热稳定性 , 可以用作 催化剂或催化剂载体 。水滑石类化合物可以作为治 疗胃溃疡的抗酸剂 ,它还可以用作吸附剂 、 阴离子交 换剂 、 阻燃剂等 。 本文主要介绍不同类型水滑石的合成及应用 。
近年来 , 对于层状双金属氢氧化物 (Layer dou2 ble hydroxides 简称 LDHs) 的研究已成为材料科学领 域的热点 ,水滑石 ( Hydrotalcite 简称 HT) 及类水滑石 化合物 ( Hydrotalcite - like compound 简称 HT ) 因具 Lcs 有特殊的层状结构及物理化学性质 ,在吸附 、 催化领 域中占有重要位置 ,对它研究也越来越多 。 水滑石及类水滑石化合物具有巨大的应用
开发潜力 。离子交换法是合成具有较大阴离子基团 柱撑水滑石的重要方法 , 通过控制离子交换的反应 条件 ,不仅可以保持水滑石原有的晶相结构 ,还可以 对层间阴离子的种类和数量进行设计和组装 。然而 在层状双金属氢氧化物材料上 , 直接用大体积无机 阴离子通过离子交换法合成很困难 , 一般先用大体 积有机阴离子把层间撑开 , 然后用无机阴离子交换 制得样品 ,例如在 Drezdzon 的研究中
Na2 MoO4 ? 2 O 的溶液来置换 , 得到 Mg12 Al6 ( OH) 36 H (V10 O28 ) ? 2 O 和 Mg12 Al6 ( OH) 36 ( Mo7 O24 ) ? 2 O 的 xH xH
金属氧化物柱撑水滑石 , 它们在空气中 500 ℃ 以上 仍能保持稳定 。 也可以不用无机阴离子交换直接制备有机阴离 子柱撑 LDHs 材料
2 水滑石的应用
2. 1 作为催化剂在有机合成上的应用
28
苏 化 工 江 2003 年 4 月
属氢氧化物的应用对环境也有污染 , Yu 等人用 CHT 成功的代替了碱金属氢氧化物 ,合成出 α - Pc ,其中 MgΠ 摩尔比为 3 的 CHT 可以使 α - Pc 转化率在 Al [13 ] 150 ℃ 达到 70 %左右 。 由酮制备相应的醇已经成为一种行之有效的方 [12 ] 法 ,Jyothi 等人 试验了一系列的酮 ,证明了 CHT 对 酮转化为醇具有非常好的催化活性 , 所制样品中 MgΠ 摩尔比为 3 的活性最好 ,它可以在 473 K 把环 Al 己酮 100 %转化为环己醇 。CHT 之所以对这一系列 反应有较好的催化性能 ,是因为它不但具有强碱位 , 还具有酸碱共存位 。 2. 2 作为催化剂载体 载体的性质和制备方法直接影响粒子的性状、 大小和分布 ,水滑石为前体制备的混合氧化物具有 较高的比表面积和良好的水 、 热稳定性 ,可以用作碱 性催化剂载体 。贵重金属具有多种催化能力 , 在诸 [14 ] 如加氢 、 脱氢 、 完全氧化反应中应用很广 ,Basile [15 ] 等人 用共沉淀法在 pH 为 10. 0 的水中合成了一 3+ 3+ 3+ 2+ 2+ 系列负载贵金属 ( Rh , Ir , Ru , Pd 和 Pt ) 的 HT ,样品在 923 K 灼烧后放出二氧化碳 , 没有脱铝 , 也没有发生结构重组 。贵金属离子部分或完全分 散 ,其中部分分散的样品中贵金属离子表现为金属 ( Pt ) 和金属氧化物 ( Ir , Ru , Pd ) 相 , 它们减少了材料 的表面积 ,可能是因为堵住了较小的孔道或结构发 生重排 。在 1 173 K 下焙烧后 ,所有的样品都测出有 MgO 相和尖晶石相 , 金属相 ( Pt 和 Pd , 其中 Pd 是因 为 PdO 部分分解为 Pd) 和金属氧化物相 ( IrO2 ,RuO2 和部分 PdO) 急剧增加 , 并伴随着表面积的减小 , 但 在这样的煅烧条件下 ,表面积仍算是比较大的 ,这种 具有很好的热稳定性和较大表面积的材料 , 还原后 贵金属粒子呈现良好的分散情况 , 可以在苛刻的反 [16 ] 应条 件 下 用 作 催 化 剂 。Davis 等 的 研 究 表 明 , Mg - Al - O 混合氧化物担载的贵金属 Pt 催化剂对 正己烷的芳构化有较高的活性 , 其中 Pt 是脱氢中 心 ,Mg - Al - O 载体表面的碱中心有利于成环芳构 反应 。 钯负载型催化剂对很多有机化合物的加氢反应 [17 ] 有催化活性 。Padmasri 对比了 Pd 负载在不同底 物上对 CCl2 F2 氢解作用的催化活性 , 发现煅烧过的
[6 ]
,先用共沉淀
法制 备 了 有 机 阴 离 子 柱 撑 水 滑 石 Mg4 Al2 ( OH) 12
( TA) ? 2 O ( TA 为对苯二甲酸根 ) , 然后再以此产物 xH
为 母 体 , 在 微 酸 性 条 件 下 分 别 用 含 NaVO3 和
[7 ]
, 当有机体具有手性的时候 ,
LDHs 材料层提供准二维的大孔固定位 ,有机体插入
后形成了手性环境 , 这种材料可以作为择形性催化 剂用于手性分离 。有的化合物根据反应条件的不 同 ,既可以作为阳离子柱撑体也可以作为阴离子柱 撑体 。例如 ,在不同的 pH 值下 ,氨基酸既可以是阳 离子也可以是阴离子 , 而且它的 L 型对映体更容易 生成 。Fudala 等人就把质子化和脱质子的氨基酸 导入水滑石制备柱撑水滑石 。在温和条件下 , 柱体 密度优化后可以用于手性催化 。
[4 ]
1. 3 磁性水滑石的合成
磁性基质的出现产生了以磁力为推动力的化学 反应体系磁性分离技术 。这一技术具有快速 、 、 高效 对反应体系影响小等优点 ,至今已广泛应用于医药 、 环保 、 食品及分析领域 。磁性基质与目标组分选择 性结合可极大的提高目标组分在磁场中受到的力 , 该材料的磁性由导入的磁性基质的含量决定 , 并以 [9 ] 此实现与其他组分的分离 。已有研究 将磁性基质 与镁铝水滑石进行组装 : 先将硫酸亚铁和硫酸铁溶 液以 1∶ 混合 ,pH 值为 10~11 ,温度在 60 ℃ 2 左右搅 拌 ,陈化 , 过滤 , 洗涤至没有硫酸根 , 即得磁化基质 , 然后将它在二次蒸馏水中剧烈搅拌 ,加入硝酸镁 、 硝 酸铝水溶液 ,共沉淀合成出磁性纳米镁铝水滑石 ,粒 径在 20~50 nm 之间 , 且磁性基质的加入稳定了水 滑石的层状结构 , 证明了将磁性基质与层状材料组 装的可行性 。 1. 4 水滑石作为底物的催化剂的合成 水滑石和类水滑石材料可以作为良好的载体将 活性组份高分散在表面或形成原子簇 , 通过引进不 同的客体离子 , 制备出各种性能优良的催化剂 。水 滑石负载型催化剂一般通过嵌入和离子交换的方法 合成 。 [10 ] 在 PdΠ 的合成中 , 先用共沉淀法合成 HT , HT 然后用 PdCl2 水溶液 ( 加 HCl 辅助 PdCl2 的溶解 ) 和