[发明专利]一种层状复合金属氢氧化物的清洁制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种层状复合金属氢氧化物的清洁制备方法，属于无机功能材料的制备领域。

背景技术

层状复合金属氢氧化物（layered double hydroxides，简称LDHs）又称水滑石，是一种阴离子型层状材料，其化学组成通式为：M²⁺_1-xM³⁺_x(OH)₂ (A^n-)_x/n·mH₂O，其中M²⁺和M³⁺分别是二价和三价的金属阳离子，A^n-为层间阴离子，x为M³⁺/(M²⁺+M³⁺)的摩尔比值，m为结晶水的数量。水滑石其主体层板元素种类及组成比例、层间客体种类及数量、二维孔道结构可以根据需要在较宽范围调变，从而获得具有特殊结构和功能的材料。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材料，在吸附、催化、医药、电化学、光化学、农药、军工材料等许多领域展现出极为广阔的应用前景。

LDHs的制备方法主要有共沉淀法、离子交换法、水热合成法和焙烧复原法等。传统的生产方法以钠盐为原料，利用价值低，浓缩耗能大，一般均进行直接排放，对环境造成污染，同时原料中使用过量强碱，致使产品需要大量的水进行洗涤，对水资源造成严重浪费。因此，开发环境友好型制备工艺具有重要意义。

共沉淀法是制备LDHs最常用的方法，该方法是将含客体分子阴离子的钠盐和构成主体层板的金属盐溶液在碱作用下发生共沉淀，沉淀物在一定条件下晶化即可得到目标LDHs。文献（Yun Zhao, Feng Li, Rui Zhang, David G. Evans, and Xue 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可溶性盐与Na₂CO₃和NaOH共沉淀制备LDHs的方法，反应使用NaOH和过量Na₂CO₃，反应过程中产生大量钠盐，产物需要用水进行大量洗涤，导致水资源严重浪费、环境污染和成本高。

离子交换法是先合成出LDHs前驱体，其层间一般是简单的无机阴离子(Cl^-、CO₃^2-和NO₃^- )，然后通离子交换反应将所需阴离子与前驱体层间阴离子在一定条件下发生交换，从而得到目标LDHs。文献（Jie Zhang, Fazhi Zhang, Lingling Ren, David G. Evans, Xue Duan，Synthesis of layered double hydroxide anionic clays intercalated by carboxylate anions，Materials Chemistry and Physics 2004,85: 207-214.）报道了一种将有机酸根离子插层的方法，先通过共沉淀法制备CO₃^2-型LDHs前驱体，再经过离子交换将有机酸根离子组装到前驱体层间，从而得到插层型LDHs。该法需要先合成LDHs前驱体，因此过程中有副产物的生成，洗涤过程是不可缺少的步骤，不属于清洁生产。