[发明专利]层状双氢氧化物类化合物的水相合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及通过水相合成从例如天然矿物或工业废料的低成本产品制备层状双氢氧化物(下文称为HDL)的方法。

背景技术

人们已知，HDL为具有用于补偿电荷不足的可交换离子的层状结构化合物，其可以是源自天然(尤其例如水滑石)或是人工合成的。

HDL族化合物的通式如下：

((MII)_1-Z(MIII)_Z(OH)₂)(A^n-_Z/n).yH₂O

其中：

M(II)表示二价阳离子，例如Mg²⁺、Mn²⁺、Fe²⁺、Co²⁺、Cu²⁺、Ni²⁺或Zn²⁺；

M(III)表示三价阳离子，例如Al³⁺、Cr³⁺、Fe³⁺、Mn³⁺或Co³⁺；在这些结构中可以观察到由单价或四价阳离子取代；

A表示带负电荷的络合物，例如CO₃^2-、OH^-、Cl^-、SO₄^2-、BO₃^-、F^-、Cl^-、Br^-、ClO₄^-或[FeCN₆]^4-或DNA分子。

HDL化合物的性质是与其结构直接相关的。它们尤其引人注意的两个主要原因在于：第一，它们能够结合许多二价和三价阳离子以及某些单价阳离子(例如锂)；第二，它们能够在层间结合多种阴离子。

由于这些性质，HDL可以在不同领域中直接应用，特别是在污染物清理方面的应用，最特别的是对以下污染进行的处理：含有例如铅、锌或锡的重金属的污染物，或含有例如硫酸根、砷酸根或铬酸根等阴离子的污染物，或含有HDL形成中或阴离子交换过程中在这些矿物结构内可捕获的任何元素的污染物，例如法国专利申请号03.13647中所说明的。

现有技术已经提出了多种HDL的合成方法。

在用于得到纯化合物的各种方法中，最常见的是采用相关的HDL的组成阳离子的共沉淀的方法。

人们已经提出了三种原理技术，即：

-用苏打和/或碳酸钠滴定，

-在低过饱和环境中恒定pH下沉淀；

-在高过饱和环境中恒定pH下沉淀。

依照第一种技术，将碱(NaOH或Na₂CO₃)与将结合到HDL结构的阳离子(通过溶解实验室盐得到)溶液进行反应。这种技术之一是通过改变pH，导致阳离子相继沉淀而进行的。举例来说，在Mg/Al系统的情况下，Al(OH)₃在4到4.5的pH下沉淀。在7.5到8.5的pH下得到混合氢氧化物，而仅在大于9.5的pH下得到单独的氢氧化物Mg(OH)₂。

事实上，人们已知，为了沉淀HDL，pH必须等于或大于最可溶的简单氢氧化物的沉淀pH。

在过饱和环境中恒定pH下的沉淀可以通过向大量的水(低过饱和环境)中慢慢加入NaOH和/或Na₂CO₃溶液以及将要结合到HDL的有效阳离子溶液，或者快速地直接将阳离子溶液加入到NaOH和/或Na₂CO₃溶液(高过饱和环境)中。

也提出了HDL的水热合成。为此，使用了MgO和Al₂O₃的机械混合物或由相应硝酸盐的分解产生的混合物。在600K的温度和压力可超过100MPa的高压釜中处理这些混合物得到了含HDL的相的混合物。

而且，日本专利JP 26418A揭示了水滑石的制造方法，即一种HDL化合物，其中M(II)是Mg²⁺离子且M(III)是Al³⁺离子，且补偿阴离子A例如是碳酸根离子或硫酸根离子。这种方法提出在水溶液中碱的参与下使镁离子和铝离子进行反应，所述碱是由氢氧化钙组成。