[发明专利]一种铝酸根插层的水滑石、其制备方法及用途

说明书

本发明公开了一种铝酸根插层的水滑石，其分子式如下[Ma(II)_1‑xMb(III)_x(OH)₂]^x+(A^n‑)_x/n·mH₂O，其中Mb(III)＝Al³⁺；Ma(II)代表主体层板上的正二价金属阳离子，A^n‑是包括Al(OH)₄^‑在内的插层阴离子，x值为0.20～0.33(即Ma(II):Mb(III)为2～4:1)。本发明的铝酸根插层的水滑石在高温煅烧后，层间的铝酸根离子能够参与复合氧化物结构构筑，实现宏观形貌的保持。本发明还公开了所述铝酸根插层的水滑石的制备方法，以及其用作催化材料及3D打印材料的用途。

技术领域

本发明属于无机纳米材料制备与利用领域，具体涉及一种铝酸根插层的水滑石、其制备方法及用途。

背景技术

水滑石(Layer Double Hydroxides,简称LDHs)是一类典型的阴离子型层状材料，并与其衍生物类水滑石、柱撑水滑石统称为层状双金属氢氧化物。层状双氢氧化物的结构式：[Ma(II)_1-xMb(III)_x(OH)₂]^x+(A^n-)_x/n·mH₂O，Ma(II)代表主体层板上的正二价金属阳离子，例如Zn²⁺、Mg²⁺、Fe²⁺、Ca²⁺、Co²⁺、Ni²⁺等；Mb(III)代表主体层板上的正三价金属阳离子，例如Al³⁺、Fe³⁺等；A^n-是价态为n的层间阴离子，例如NO₃^-、Cl^-、PO₄^3-、CO₃^2-及SO₄^2-等。它是一类由带正电荷的层板和层间具有可交换的阴离子的层状结构主体化合物。此类化合物的层板组成一般是由两种金属的氢氧化物构成，层板带正电荷，层板间有平衡正电荷的阴离子，是一类具有层状结构的新型的无机功能材料。

水滑石的制备方法一般为共沉淀法，即二价金属阳离子的盐溶液和三价金属阳离子盐溶液混合后，加入碱性物质(一般为氢氧化钠)调节反应的pH值，使它们发生共沉淀，共沉淀过程中阴离子插层到层间，由此形成阴离子插层的水滑石。

然而，目前水滑石的制备也存在一些问题。第一、水滑石的工业制备理论上产生1吨的水滑石会消耗100吨的水，耗水量较大，而消耗的水有很大一部分消耗在利用水洗涤残存在水滑石表面吸附的离子上。第二、目前制备插层碳酸根等阴离子的水滑石在高温下阴离子会分解释放气体，使得其加热焙烧时粉化，不能作为结构化的催化剂或催化剂载体材料。

水滑石高温煅烧的产物是复合氧化物，不仅具备硬度高、抗冲击、强度高、电绝缘性良好等优良性能；也具备陶瓷产品耐高温、耐腐蚀、耐磨损的特点；同时由于其在红外光、可见光、紫外波段有良好的透过率，因此可以作为紫外(UV)光电子器件，介质材料，光学材料，和传感器。

尖晶石是复合氧化物的一种。尖晶石类化合物主要作为在合成，脱氢，脱氢环化，氢化，脱水，选择性催化还原，异构化和燃烧过程中的催化剂。此外，由于尖晶石具有高热稳定性，高疏水性和较强的机械强度，而被广泛用作催化剂载体。传统尖晶石的制备，大都采用煅烧其组成金属氧化物的固相法来合成，虽然工艺简单，但是煅烧却需要1000℃及以上的高温。而这样的煅烧过程也会导致颗粒的烧结，导致所得到的煅烧产物具有较低的表面积。因此本发明提供了具有空间结构相似性的水滑石前驱体，在低温下可以实现从水滑石向尖晶石的转化。

为了解决上述问题，提出本发明。

发明内容