[发明专利]单一阴离子柱撑水滑石及其制备方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种单一阴离子柱撑水滑石及其制备方法。

(二)背景技术

水滑石又称为双金属氢氧化物(Layered Double Hydroxides)，简写为LDHs。它是一类典型的阴离子层状材料，其主体一般是由两种或两种以上金属的氢氧化物构成类水镁石层，层板内离子间以共价键连接，层间阴离子以弱化学键与层板相连，起着平衡骨架电荷的作用。

LDHs的一个重要性质是其层间阴离子的可交换性。各类阴离子如有机、无机、同多和杂多阴离子以及金属配合物阴离子通过离子交换都可以引入层间，由此得到了一大类所谓柱撑水滑石层柱材料。层间阴离子的可交换性取决于它们所带的电荷数及自身的性质。在一定条件下，某些功能性物种(原子、分子和离子)可以克服层状化合物层与层之间的作用力而可逆地插入层间空隙将层板距离撑开，并与层板形成较强的相互作用力而成为插层材料，形成一类具有层状结构的阴离子型超分子化合物(Katherine M.Tyner，Scott R.Schiffman，Emmanuel P.Giannelis，J.Controlled Release.95，501(2004))。水滑石独特的层状结构、二维孔道结构的可调变性及层间阴离子的可交换性，使其在催化、吸附、离子交换和功能助剂等方面具有巨大的应用潜力。

LDHs的另一特性是结构记忆效应。在一定温度下将LDHs的焙烧产物加入到含有所需阴离子的溶液中时，会发生LDHs的层状结构重建，阴离子进入层间从而形成新结构LDHs。焙烧复原法就是建立在LDHs的“结构记忆效应”特性基础上的。本法制备含有难以直接插层阴离子的LDHs，也多用于插入体积较大的客体分子(Wen ying Shi，Min Wei，Lan Jin，Congju Li，J.Molecular Catalysis B.47，58(2007))，焙烧复原法突出的优点是消除了与有机阴离子竞争插层的金属盐无机阴离子。而该法最重要的是选择适宜的焙烧温度，一般500℃以内重建LDHs的结构是可能的，焙烧时采用逐步升温法可提高LDOs的结晶度，若升温速率过快，CO₂和H₂O的迅速逸出会导致层结构被破坏。

近年来，对于水滑石的研究已成为材料科学领域的热点，人工合成的水滑石的层间阴离子并不是单一的，至少有两种阴离子组成(Z.Gu，A.C.Thomas，Z.P.Xu，J.H.Campbell，G.Q.Lu，Chem.Mater.20(11)，3715(2008)；T.Kameda，H.Takeuchi，T.Yoshioka，Separation and Purification Technology.62(2)，330(2008))。迄今为止尚未有过对单一阴离子(OH^-)柱撑水滑石的报道。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种能够制备出层间阴离子是单一的阴离子的单一阴离子(OH^-)柱撑水滑石。本发明的目的还在于提供一种单一阴离子(OH^-)柱撑水滑石的制备方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的单一阴离子(OH^-)柱撑水滑石的化学结构通式为：[M(II)_1-xM(III)_x(OH)₂]^x+·A^n-_x/n·mH₂O；其中M(II)是二价金属离子，为Mg²⁺、Fe²⁺、Co²⁺、Ni²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺或Mn²⁺；M(III)是三价金属离子，为Al³⁺、Fe³⁺或Cr³⁺；A^n-＝OH^-，x＝M³⁺/(M²⁺+M³⁺)，n为A的荷电量，m为结晶水数。

本发明的单一阴离子(OH^-)柱撑水滑石是采用这样的方法来制作的：