[发明专利]一种简单的水滑石剥离方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种水滑石剥离方法。

背景技术

无机层状化合物是一类具有层状主体结构的化合物，其主体层内由于存在不同氧化态元素或空间缺陷，使主体层随组成不同而呈现不同的电性，在层间存在与主体层电性相反的客体离子或分子用以补偿电荷平衡。层状化合物种类繁多，其中主要有以下种类：层状双氢氧化物、无机硅酸盐、钛酸盐、磷酸盐、石墨、金属硫属化物、氧化钼等。无机层状化合物的层间距随着交换或嵌入的离子或分子的尺寸变化而变化，当层状化合物的层间距增大到一定程度时，层与层之间的相互作用逐渐减弱直至消失，这时层状材料发生了剥离。剥离后所得的纳米片为单结晶体，具有分子级的厚度(约1nm)，其横向大小可为层厚度的数百倍以上。剥离产物纳米片由于存在高的二维各向异性及亚微米尺度的超薄厚度使它在许多方面都有极其优异的性能，因此，近年来层状材料的剥离引起了研究者的极大兴趣。

水滑石又称双金属氢氧化物(Layered Double Hydroxides)，简写为LDHs，是由两种或两种以上的金属离子组成的具有层状晶体结构的氢氧化物，其层片结构带正电，层间存在可交换的阴离子。其剥离产物为带正电的超薄纳米片，而其他层状材料剥离产物纳米片一般带负电，这使得水滑石的剥离具有更为广泛的应用前景。由于水滑石层板电荷密度高，再加上层间有大量的阴离子组分和水分子存在，使得剥离困难。因此一直以来对水滑石的剥离研究比较少。

到目前为止，水滑石的剥离大致可分为三种方法：(1)将氨基酸、硝酸根、高氯酸根、十二烷基硫酸根等插层的水滑石在甲酰胺中采用超声剥离(Hibino，T.；Jones，W.J.Mater.Chem.11，1321(2001).Hibino，T.Chem.Mater.16，5482(2004).Wypych，F.；Bubniak，G.A.；Halma，M.；Nakagaki，S.J.Colloid Interface Sci.264，203(2003).Li，L.；Ma，R.；Ebina，Y.；Iyi，N.；Sasaki，T.Chem.Mater.17，4386(2005).Wu，Q.；Olafsen，A.；Vistad，B.Roots，J.；Norby，P.J.Mater.Chem.15，4695(2005).Guo，Y.；Zhang，H.；Zhao，L.；Li，G.D.；Chen，J.-S.；Xu，L.J.Solid State Chem.178，1830(2005).)。这是一种最普遍、目前应用最多的方法。通过这种方法可以有效的剥离水滑石，但是这种方法有一个大的缺点，那就是甲酰胺有毒、且不挥发，因此很难将胶状产物提取出来。(2)将有机物插层的水滑石，在其他有机溶剂中(正丁醇、丙烯甲基单体、四氯化碳、二甲苯等)加热或回流进行剥离(Adachi-Pagano，M.；Forano，C.；Besse，J.-P.Chem.Commun.91(2000).Leroux，F.；Adachi-Pagano，M.；Intissar，M.；Chauvie`re，S.；Forano，C.；Besse，J.-P.J.Mater.Chem.11，105(2001).O’Leary，S.；O’Hare，D.；Seeley，G.Chem.Commun.1506(2002).Chen，W.；Qu，B.Chem.Mater.15，3208(2003).Chen，W.；Feng，L.；Qu，B.Chem.Mater.16，368(2004).Singh，M.；Ogden，M.I.；Parkinson，G.M.；Buckley，C.E.；Connolly，J.J.Mater.Chem.14，871(2004).Jobba′gy，M.；Regazzoni，A.E.J.Colloid Interface Sci.275，345(2004).)。这种方法避免了超声处理步骤，简化了工艺。(3)将醇根和乳酸根等插层的水滑石，在水中离心剥离。(Hibino，T.；Kobayashi，M.J.Mater.Chem.15，653(2005).Jaubertie，C.；Holgado，M.J.；San Roma′n，M.S.；Rives，V.Chem.Mater.18，3114(2006).)。这种方法较前两种方法，具有环境友好的优点。以上三种方法都有其各自的优点，但是由于制备各种插层的水滑石操作复杂，需在严格的氮气保护下进行，以防止合成过程中被空气中CO₂污染出现LDHs-CO₃晶相，导致剥离困难，因此整个过程需要严格避免与CO₂的接触，反应条件比较苛刻，实际操作难度很大；此外剥离反应需经过两步或两步以上的操作才能完成，限制了水滑石剥离的工业化生产和应用。