[发明专利]一种层状复合金属氢氧化物的原子经济制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机非金属功能材料的制备技术领域，特别涉及一种层状复 合金属氢氧化物的原子经济制备方法。

背景技术

层状复合金属氢氧化物(Layered Double Hydroxides，简称LDHs)， 又叫水滑石，是一种典型的阴离子型层状材料，其化学组成式为 [M²⁺₁-xM³⁺_x(OH)₂]A^n-_x/n·mH₂O，其中，M²⁺、M³⁺是金属阳离子，A^n-是层间阴离子， x为M³⁺离子的摩尔分数，m为结晶水的数量。LDHs主体层板的元素种类及组 成比例、层间客体的种类及数量可以根据需要在较宽范围内调变，从而获得 具有特殊结构和性能的材料。LDHs组成和结构的可调变性以及由此所导致 的多功能性，使其成为一类极具研究潜力和应用前景的新型材料，广泛应用 于催化、吸附、离子交换和功能材料等领域。

制备LDHs的方法主要有共沉淀法、水热合成法、离子交换法和焙烧复 原法等。传统方法生产1吨LDHs产品需要副产2吨左右钠盐，而钠盐利用 价值不高，浓缩能耗大，一般均进行直接排放，对环境造成了一定程度的污 染。同时原料中含有过量的强碱，需用几十倍甚至上百倍的水进行洗涤，对 水资源造成了严重浪费。因此，环境友好型制备LDHs的工艺一直是人们追 求的目标。

共沉淀法是制备LDHs最常用的方法。此方法以构成LDHs层板的金属离子 的混合盐溶液在碱作用下发生共沉淀，其中在金属离子混合溶液中或碱溶液 中含有所要合成的层间阴离子基团，沉淀物在一定条件下晶化即可得到目标 LDHs。文献(Y.Zhao，F.Li，R.Zhang，D.G.Evans，X.Duan，Preparation of layered double-hydroxide nanomaterials with a uniform crystallite size using a new method involving separate nucleation and aging steps， Chem.Mater.，2002，14：4286-4291)报道了以二价和三价金属的可溶性盐 与Na₂CO₃和NaOH发生共沉淀反应制备LDHs的方法，反应使用了过量的Na₂CO₃， 反应过程中生产了大量的钠盐，在反应结束后需用大量的水进行洗涤，不利 于节约水资源和环境保护。

水热合成法是以含有构成LDHs层板的金属离子的难溶性氧化物和/或氢 氧化物为原料，在高温高压下用水处理而得到LDHs。目前所使用的水热合成 法普遍使用Na₂CO₃或NaHCO₃等作为主要原料，产物中混有反应生成的钠盐， 需过滤、洗涤除去，对环境造成了危害。文献：Zhi Ping Xu，Guo Qing(Max) Lu，Hydrothermal Synthesis of Layered Double Hydroxides(LDHs)from Mixed MgO and Al2O3：LDH Formation Mechanism，Chem.Mater.2005. 17：1055-1062报道了以MgO和Al₂O₃的机械混合物为原料，加入Na₂CO₃或 NaHCO₃于110℃制备层间阴离子为CO₃^2-的MgAl-LDHs的方法，产物中存在大 量的Na⁺离子，不可避免用大量水进行洗涤的过程。