尿素水热法制备锌镁铝多元水滑石及形成机理
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关键 词 ：锌 镁 铝 多元 水 滑 石 ；合 成 ；表 征 ；形 成 机 理 中 图 分 类 号 ：ＴＱ１３２：１３３ 文 献标 识 码 ：Ａ 文章 编 号 ：１００６—４９９０（２０１６）０３—００３９—０４
Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ Ｚｎ—Ｍ ｇ—ＡＩ—Ｃｏ３ ＬＤＨｓ、）ｌｒｉｔｈ ｕｒｅａ ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍ ａｌ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｉｔｓ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｍ ｅｃｈａｎｉｓｍ
Ｚｈｕ Ｊｉａｎ ，Ｚｈａｎｇ Ｘｉｕｑｉｎ２，Ｊｉｎ Ｊｉ ，Ｗａｎｇ ｋａｉ ，Ｃｈｅｎ Ｑｉａｎｇ２，Ｙｕ Ｑｉａｎｇ
（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅ＆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ ２１３１６４，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｈｉｇｈ－Ｔｅｃｈ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＮａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ）
第 ４８卷 第 ３期 ２０１６ 年 ３ 月
无 机 盐 工 业 ＩＮ０ＲＧＡＮＩＣ ＣＨＥＭ ＩＣＡＬＳ ＩＮ ＤＵＳＴＲＹ
Ｖｏ１．４８ Ｎｏ．３ Ｍ ａｒ．，２０１６
尿素水热 法制备锌镁铝 多元水 滑石及 形成机理
朱 建 ，张秀 芹 ，金 吉 ，王 凯 ，陈 强 ，俞 强
（１．常 州大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院 ，江 苏 常 州 ２１３１６４；２．常 州 南 京 大学 高新 技 术 研 究 院 ）
摘 要 ：采 用尿 素 水 热 法 合 成 了 锌镁 铝 多元 水 滑 石 ＺｎＭｇＡ１一ＣＯ ＬＤＨｓ。讨 论 了 合 成 产 物 的影 响 ，并 探 索 了 ＺｎＭｇＡ１一ＣＯ，ＬＤＨｓ的 形 成 机 理 。用 Ｘ射 线 衍 射 仪 （ＸＲＤ）、扫 描 电 镜 （ＳＥＭ）对合 成产 物进 行 了表 征 。研 究 表 明 ：控 制 体 系 中 ｎ（Ｍ“）：ｎ（Ｍ ）＝２：１、ｎ（尿 素 ）：［ｎ（Ｍ ）＋ｎ（Ｍｓ ）］Ｉ ＞２：１、反 应 温 度 为 １２０℃ 、 反 应 时 间 为 ４８ ｈ，可 以获 得 晶形 好 、板 层 结 构 显 著 、晶相 单 一 且 高 度分 散 的 优 质 锌镁 铝 水 滑 石 ；锌 镁 铝 水 滑石 的形 成 机 理 可 以概 括 为 尿 素 水 解 、碳 酸 锌 沉 淀 、氢 氧 化 铝 沉 淀 、氢 氧 化 锌 及 氢 氧化 镁 沉 淀 、水 解 、沉 淀 成 核 、水 滑 石 纳 米 片 堆 积 、晶粒 生 长 、晶体 形 成 几 个 阶段 ；锌 镁 铝 水 滑 石形 貌 转 变 过 程 可 以概 括 为 球形 粒子 、玫 瑰 花 状 、六 方 片 状 几个 过 程 。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｚｉｎｃ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｈｙｄｒｏｔａｌｅｉｔｅ·ｌｉｋｅ ｃｏｍｐｏｕｎｄ Ｚｎ——Ｍｇ－Ａ１—－ＬＤＨｓ ｗｅｒｅ ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ ｂｙ ｕｒｅａ ｈｙｄｒｏｔｈｅｒ－· ｍａｌ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｍ ａｎｙ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｓｕｃｈ ａｓ ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ，ｔｈｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｕｒｅａ，ａｎｄ ｔｈｅ ｍ ｉｘ ｒａｔｉｏｓ，ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｆｏｒｍ ａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｗａｓ ａｌｓｏ ｅｘｐｌｏｒｅｄ．Ｈ ｙｄｒｏｔａｌｃｉｔｅ ｓａｍ ｐｌｅｓ ｗｅｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｂｙ Ｘ—ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ（ＸＲＤ）ａｎｄ ｓｃａｎ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ（ＳＥＭ ）．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ Ｚｎ—Ｍｇ—Ａ１一ＬＤＨｓ ｗｉｔｈ ｗｅｌｌ－ｄｅｆ ｉｎｅｄ ｓｈａｐｅ，ｏｂｖｉｏｕｓ ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｕｎｉｆｏｒｍ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｎｄ ｗｅｌｌ—ｄｉｓｐｅｒｓｉｎｇ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ｈａｄ ｂｅｅｎ ｍ ａｄｅ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ａｓ￣ｌｌｏｗｓ：ｎ（Ｍ ）： （Ｍ ）＝２：１，ｎ（ｕｒｅａ）：［ｎ（Ｍ ）＋ｎ（Ｍ３＋）］Ｉ ＞２，ｈｙｄｒｏｔｈｅｒ ｍ ａｌ ｔｅｍｐｅｒａ— ｔｕｒｅ ｗａｓ １２０ ｏＣ，ａｎｄ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｗａｓ ４８ ｈ．Ｔｈｅ ｆｏｒｍ ａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｆｏｒ ＺｎＭｇＡ１－ＣＯ３ ＬＤＨｓ ｗａｓ ｔｈｅ ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ ｏｆ ｕｒｅａ，ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｚｉｎｃ ｃａｒｂｏｎａｔｅ，ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｏｆ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ，ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｚｉｎｃ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ ａｎｄ ｍ ａｇｎｅｓｉｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ，ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ，ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ，ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｙｄｒｏｔａｌｃｉｔｅ ｎａｎｏ—ｐｉｅｃｅｓ，ｃｒｙｓｔａｌ ｇｒｏｗｔｈ，ａｎｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｆｏｒ ｍ ａｔｉｏｎ． Ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｎｃｌｕｄｅｄ ｓｐｈｅｒｉｃａｌ ｐａｒｔｉｃｌｅ，ｒｏｓｅｔｔｅ，ａｎｄ ｓｉｘ—ｐａｒ ｔｙ ｆ ｌａｋｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＺｎＭｇＡＩ－ＣＯ３ ＬＤＨｓ；ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ；ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｃａｔｉｏｎ；ｆｏｒ ｍ ａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ
水 滑 石 又 称 层 状 双 羟 基 复 合 金 属 氢 氧 化 物 （ＬＤＨｓ）…。ＬＤＨｓ由于具 有层 状结 构 、可交 换 阴离子 和永 久 正 电荷等 晶体结 构 特性 ．可 广泛 应 用 于催 化 剂 、吸 附材料 ［引、阻燃 剂及 吸酸 剂 等众 多领 域 。中 国利 用水 热 法合 成 水 滑石 及 应用 研 究较 多 ．但 缺 乏 反 应 温 度 、反应 时 间及 尿 素浓 度 等 因素 对 产 物影 响 的 系 统 研 究 ￣５－７１ 此 外 对 于 二 元 水 滑 石 形 成 机 理 已有 报 道 ．对 于 三 元 水 滑 石 形 成 机 理 却 鲜 见 报 道 ［ｓ 笔者 通过 尿素 水热 法制备 了锌 镁铝 水滑 石 ， 通 过 ＸＲＤ、ＳＥＭ 详细研 究 了反应 温 度 、反 应 时 间 、尿 素 浓 度 对 合 成 水 滑 石 的 影 响 ．确 定 了 Ｚｎ—Ｍｇ—Ａ１ ＬＤＨｓ最佳 合成条件 ．并探讨 了其形成机 理
Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ Ｚｎ—Ｍ ｇ—ＡＩ—Ｃｏ３ ＬＤＨｓ、）ｌｒｉｔｈ ｕｒｅａ ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍ ａｌ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｉｔｓ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｍ ｅｃｈａｎｉｓｍ
Ｚｈｕ Ｊｉａｎ ，Ｚｈａｎｇ Ｘｉｕｑｉｎ２，Ｊｉｎ Ｊｉ ，Ｗａｎｇ ｋａｉ ，Ｃｈｅｎ Ｑｉａｎｇ２，Ｙｕ Ｑｉａｎｇ
（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅ＆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ ２１３１６４，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｈｉｇｈ－Ｔｅｃｈ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＮａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ）
第 ４８卷 第 ３期 ２０１６ 年 ３ 月
无 机 盐 工 业 ＩＮ０ＲＧＡＮＩＣ ＣＨＥＭ ＩＣＡＬＳ ＩＮ ＤＵＳＴＲＹ
Ｖｏ１．４８ Ｎｏ．３ Ｍ ａｒ．，２０１６
尿素水热 法制备锌镁铝 多元水 滑石及 形成机理
朱 建 ，张秀 芹 ，金 吉 ，王 凯 ，陈 强 ，俞 强
（１．常 州大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院 ，江 苏 常 州 ２１３１６４；２．常 州 南 京 大学 高新 技 术 研 究 院 ）
摘 要 ：采 用尿 素 水 热 法 合 成 了 锌镁 铝 多元 水 滑 石 ＺｎＭｇＡ１一ＣＯ ＬＤＨｓ。讨 论 了 合 成 产 物 的影 响 ，并 探 索 了 ＺｎＭｇＡ１一ＣＯ，ＬＤＨｓ的 形 成 机 理 。用 Ｘ射 线 衍 射 仪 （ＸＲＤ）、扫 描 电 镜 （ＳＥＭ）对合 成产 物进 行 了表 征 。研 究 表 明 ：控 制 体 系 中 ｎ（Ｍ“）：ｎ（Ｍ ）＝２：１、ｎ（尿 素 ）：［ｎ（Ｍ ）＋ｎ（Ｍｓ ）］Ｉ ＞２：１、反 应 温 度 为 １２０℃ 、 反 应 时 间 为 ４８ ｈ，可 以获 得 晶形 好 、板 层 结 构 显 著 、晶相 单 一 且 高 度分 散 的 优 质 锌镁 铝 水 滑 石 ；锌 镁 铝 水 滑石 的形 成 机 理 可 以概 括 为 尿 素 水 解 、碳 酸 锌 沉 淀 、氢 氧 化 铝 沉 淀 、氢 氧 化 锌 及 氢 氧化 镁 沉 淀 、水 解 、沉 淀 成 核 、水 滑 石 纳 米 片 堆 积 、晶粒 生 长 、晶体 形 成 几 个 阶段 ；锌 镁 铝 水 滑 石形 貌 转 变 过 程 可 以概 括 为 球形 粒子 、玫 瑰 花 状 、六 方 片 状 几个 过 程 。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｚｉｎｃ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｈｙｄｒｏｔａｌｅｉｔｅ·ｌｉｋｅ ｃｏｍｐｏｕｎｄ Ｚｎ——Ｍｇ－Ａ１—－ＬＤＨｓ ｗｅｒｅ ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ ｂｙ ｕｒｅａ ｈｙｄｒｏｔｈｅｒ－· ｍａｌ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｍ ａｎｙ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｓｕｃｈ ａｓ ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ，ｔｈｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｕｒｅａ，ａｎｄ ｔｈｅ ｍ ｉｘ ｒａｔｉｏｓ，ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｆｏｒｍ ａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｗａｓ ａｌｓｏ ｅｘｐｌｏｒｅｄ．Ｈ ｙｄｒｏｔａｌｃｉｔｅ ｓａｍ ｐｌｅｓ ｗｅｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｂｙ Ｘ—ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ（ＸＲＤ）ａｎｄ ｓｃａｎ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ（ＳＥＭ ）．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ Ｚｎ—Ｍｇ—Ａ１一ＬＤＨｓ ｗｉｔｈ ｗｅｌｌ－ｄｅｆ ｉｎｅｄ ｓｈａｐｅ，ｏｂｖｉｏｕｓ ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｕｎｉｆｏｒｍ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｎｄ ｗｅｌｌ—ｄｉｓｐｅｒｓｉｎｇ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ｈａｄ ｂｅｅｎ ｍ ａｄｅ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ａｓ￣ｌｌｏｗｓ：ｎ（Ｍ ）： （Ｍ ）＝２：１，ｎ（ｕｒｅａ）：［ｎ（Ｍ ）＋ｎ（Ｍ３＋）］Ｉ ＞２，ｈｙｄｒｏｔｈｅｒ ｍ ａｌ ｔｅｍｐｅｒａ— ｔｕｒｅ ｗａｓ １２０ ｏＣ，ａｎｄ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｗａｓ ４８ ｈ．Ｔｈｅ ｆｏｒｍ ａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｆｏｒ ＺｎＭｇＡ１－ＣＯ３ ＬＤＨｓ ｗａｓ ｔｈｅ ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ ｏｆ ｕｒｅａ，ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｚｉｎｃ ｃａｒｂｏｎａｔｅ，ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｏｆ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ，ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｚｉｎｃ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ ａｎｄ ｍ ａｇｎｅｓｉｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ，ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ，ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ，ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｙｄｒｏｔａｌｃｉｔｅ ｎａｎｏ—ｐｉｅｃｅｓ，ｃｒｙｓｔａｌ ｇｒｏｗｔｈ，ａｎｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｆｏｒ ｍ ａｔｉｏｎ． Ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｎｃｌｕｄｅｄ ｓｐｈｅｒｉｃａｌ ｐａｒｔｉｃｌｅ，ｒｏｓｅｔｔｅ，ａｎｄ ｓｉｘ—ｐａｒ ｔｙ ｆ ｌａｋｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＺｎＭｇＡＩ－ＣＯ３ ＬＤＨｓ；ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ；ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｃａｔｉｏｎ；ｆｏｒ ｍ ａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ
水 滑 石 又 称 层 状 双 羟 基 复 合 金 属 氢 氧 化 物 （ＬＤＨｓ）…。ＬＤＨｓ由于具 有层 状结 构 、可交 换 阴离子 和永 久 正 电荷等 晶体结 构 特性 ．可 广泛 应 用 于催 化 剂 、吸 附材料 ［引、阻燃 剂及 吸酸 剂 等众 多领 域 。中 国利 用水 热 法合 成 水 滑石 及 应用 研 究较 多 ．但 缺 乏 反 应 温 度 、反应 时 间及 尿 素浓 度 等 因素 对 产 物影 响 的 系 统 研 究 ￣５－７１ 此 外 对 于 二 元 水 滑 石 形 成 机 理 已有 报 道 ．对 于 三 元 水 滑 石 形 成 机 理 却 鲜 见 报 道 ［ｓ 笔者 通过 尿素 水热 法制备 了锌 镁铝 水滑 石 ， 通 过 ＸＲＤ、ＳＥＭ 详细研 究 了反应 温 度 、反 应 时 间 、尿 素 浓 度 对 合 成 水 滑 石 的 影 响 ．确 定 了 Ｚｎ—Ｍｇ—Ａ１ ＬＤＨｓ最佳 合成条件 ．并探讨 了其形成机 理