[发明专利]一种连续制备纳米级阴离子层状材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种连续制备纳米级阴离子层状材料的方法，特别是在超重力条件下连续制备粒度分布均匀的纳米级阴离子层状材料的方法。

背景技术

阴离子层状材料作为一种新型的阴离子粘土材料，在催化、吸附、阻燃、医药、电子和环保等诸多领域具有广阔的应用前景。目前国内比较成熟的制备方法是共沉淀法，但因共沉淀法微观混合不均匀，易造成成核与晶化同时进行、产生杂相，使得产品晶粒大小不均。同时须经过晶化等后续处理，且晶化时间长。如CN1288078中利用成核晶化隔离法制备阴离子层状材料，虽反应时间缩短，但仍需晶化，且晶化时间长，产物粒径大(0.2-0.3μm)。CN101665233制备出颗粒为12-80nm的层状双金属氢氧化物，但反应需高能耗的高压釜晶化和加入易燃物硼氢化钠，工艺复杂，生产成本高，难以大规模工业化生产。CN101538019制备出的纳米水滑石粒径在30-70nm之间，但反应后需甲苯萃取，后续处理复杂，产生三废。ZL01134425.3镁铝型双羟基复合金属氧化物的制备过程需二次反应和晶化，工艺操作复杂，反应条件难以控制。王永在等[王永在等，人工晶体学报.2008，37(5)：1219-1223]利用微波水热一步法制备Mg-Al水滑石，其工艺耗时短，无需晶化过程，但反应温度高，易产生杂相，且生产成本高，不能连续化生产。另外，在反应中加入晶种可大大缩短晶体成核诱导期，使成核迅速，且结晶度高[邓欣等，功能材料.2008，2(39)：341-345]。

快速大量成核、减缓晶体生长是制备粒度分布均匀纳米级阴离子层状材料的关键，必须尽可能地强化相间传递和微观混合过程，而超重力技术在这方面具有独特的优势。目前国内利用超重力制备纳米材料已成为热点，如ZL200410098906.8利用超重力制备纳米和纳米复合陶瓷涂层，ZL00132275.3利用碳化反应制备纳米二氧化硅，CN1461731采用超重力技术制备纳米级超细碳酸钙。但目前还未见利用超重力技术，无需晶化过程，连续制备粒度分布均匀纳米级阴离子层状材料的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种易于连续工业化生产、反应时间短、工艺操作简单、无污染制备阴离子层状材料的方法，所制备的阴离子层状材料粒径小、粒度分布均匀。

本发明目的是通过如下方式实现的，一种连续制备纳米级阴离子层状材料的方法，主要由反应，过滤，洗涤，干燥几个步骤组成：

(1)配制金属离子浓度为0.01～0.10mol/L可溶性M²⁺和M³⁺金属盐水合液，按M²⁺与M³⁺的摩尔比为2～4配成可溶性金属盐混合液；另配制浓度为0.1～10.0mol/L的沉淀剂溶液，沉淀剂物质的量与可溶性金属盐溶液中的阴离子总摩尔比为0.5～5.0；

(2)将可溶性金属盐混合液加入到螺旋通道型旋转床超重力反应器的预热槽中预热至20～100℃后，开机启动螺旋通道型旋转床超重力反应器，待螺旋通道型旋转床超重力反应器内液体流量达到50～1000L/h一个稳定值后，向螺旋通道型旋转床超重力反应器以流量为10～500L/h均匀加入沉淀剂溶液，控制螺旋通道型旋转床超重力反应器转速为500～5000rpm，反应液温度20～100℃，当流出液pH达8.0～10.0并趋于稳定后，继续反应5～20min，将反应液导出，收集反应液；

(3)将反应液过滤，洗涤沉淀物，直至洗涤液为中性，干燥，研磨即得纳米级阴离子层状材料。

将晶种添加到可溶性金属盐混合液中，添加量为可溶性金属盐重量的0.5～5.0％。

所述的M²⁺是Mg²⁺、Zn²⁺、Co²⁺、Cu²⁺、Ni²⁺、Mn²⁺或Ca²⁺金属离子，M³⁺是Al³⁺、Fe³⁺或Cr³⁺金属离子；可溶性金属盐混合液中的阴离子是CO₃^2-、SO₄^2-、NO₃^2-或Cl^-；沉淀剂是碳酸铵、尿素、氢氧化钠或碳酸钠。

所述的晶种是M²⁺金属的氧化物、氢氧化物或所制备的纳米级阴离子层状材料。