[发明专利]一种金属磷酸盐及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属磷酸盐及其制备方法，具体涉及一种球形钛、锆磷酸盐材料及其制备方法。

背景技术

四价金属磷酸盐类化合物是一类多功能材料，以钛或锆的磷酸盐最具代表性，如Zr(HPO₄)₂·H₂O(简写为α-ZrP)，Ti(HPO₄)₂·H₂O(简写为α-TiP)。自1964年Clearfield等人首先合成出α-ZrP，四价金属磷酸盐类化合物的结构和性能开始被广泛和深入地研究。

α-ZrP或α-TiP及其衍生物是一种层状材料，层板通过MO₆八面体(M代表Zr或Ti金属原子)与6个-PO₃基团共用氧原子，同时每个-PO₃基团与3个M原子共用氧原子形成，层板与层板之间通过氢键或范德华力相叠形成层状结构，磷羟基(P-OH)在层间呈双层排布，水分子与磷羟基通过氢键相连。由于结构上的特点，此类材料层状结构稳定，热稳定性和机械强度较高，能耐强酸和一定的碱度。此类材料是一种固体酸，层间的磷羟基可提供质子氢。层间的这些质子氢可以直接或间接与金属离子进行交换，也可以与胺、吡啶等碱性物质亲合。

以α-ZrP、α-TiP为代表的金属磷酸盐类化合物，由于上述的结构和性能特点，在插层科学、催化、离子交换、吸附、分子识别等领域都有广泛的研究。目前有一些报道关于α-ZrP、α-TiP作为催化剂、催化剂载体、吸附剂、离子交换剂等材料的应用。但是这些报道中，α-ZrP或α-TiP大多是以粉体材料的形式来使用。

无机粉体材料的成型化，特别是成球化，对材料的应用具有重要意义。喷雾干燥技术是制备球形粒子的常用方法，以α-ZrP、α-TiP为代表的金属磷酸盐类化合物粉体直接配成悬浮液进行喷雾干燥却得不到良好形貌的球状产品，这主要是因为α-ZrP、α-TiP在制备过程中容易生长成较大粒径的片状晶体粒子，使其不易在喷雾干燥过程中成球。为了使其可喷雾干燥成型，通常使用剥层剂使片状晶体粒子剥层变小或使用黏合剂粘结片状晶体粒子。在公开号为CN101058411A的专利中报导了一种用回流法制得层状α-ZrP粉体，再进行剥层处理，最后使用旋转式喷雾干燥机进行成型得到类球形α-ZrP，但是该方法需要使用对环境有害的有机胺溶液(甲胺、乙胺、乙二胺等)对层状α-ZrP粉体进行剥层处理；在公开号为CN101058413A的专利中报导了一种不经过对层状α-ZrP粉体进行剥层处理直接喷雾干燥制备成类球形α-ZrP的方法，但在该方法中需要使用胶黏剂(如聚乙烯醇、淀粉等)。在这些成型方法中，由于使用的有机胺或胶黏剂在喷雾干燥过程中无法被脱除，造成得到的最终产物中含有杂质，影响了此类金属磷酸盐类化合物的材料性能(如：碱性的有机胺分子会与金属磷酸盐表面酸性的P-OH反应，降低材料表面酸性和离子交换性能；胶黏剂会黏附在金属磷酸盐材料表面，堵塞孔道，降低材料比表面积和比孔容)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属磷酸盐及其制备方法，以克服金属磷酸盐在制备过程中易引入杂质的问题。

本发明的目的是这样实现的，一种金属磷酸盐的制备方法，包括如下步骤：

(1)将金属的可溶性盐溶解到盐酸水溶液中；

(2)在搅拌下将步骤(1)中的金属盐溶液加入到磷酸水溶液中；

(3)在搅拌下将步骤(2)中得到的混合物体系加热至回流状态进行反应，得到固体沉淀物，冷却至室温后，用去离子水洗涤除去未反应的酸，得到金属磷酸盐沉淀物；

(4)将步骤(3)得到的金属磷酸盐沉淀物通过剪切乳化成悬浮液；

(5)将步骤(4)得到的悬浮液喷雾干燥，得到球形金属磷酸盐。

其中，步骤(1)中所述的金属的可溶性盐为四氯化钛、氧氯化锆中的一种或两种。

其中，步骤(1)中所述盐酸水溶液的浓度为0～10mol/L。

其中，步骤(1)中所述金属在盐酸水溶液中的浓度为0.1～3mol/L。

其中，步骤(2)中磷酸水溶液的浓度为2～6mol/L，磷酸与金属的摩尔比2～30。

其中，步骤(3)中混合物体系加热回流反应时间为4～120小时。

其中，步骤(4)所述悬浮液中金属磷酸盐质量含量为5％～40％。

其中，步骤(5)中喷雾进口温度为130～260℃，出口温度为90～170℃。