[发明专利]一种超薄层羟镁铝石材料及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种超薄层羟镁铝石及其制备方法与应用。该制备方法以氧化镁、氢氧化铝和水为原材料在高速流体剪切力和强烈振动力的作用下，晶核的团聚受到抑制，在甲酰胺溶剂中通过机械振动，得到纳米片层结构的超薄层羟镁铝石材料。该材料为层状双羟基复合金属氢氧化物，片层厚度为10nm～20nm，其层间仅含有羟基，具有较大的比表面积和高度暴露的活性位点，而且在处理污染物的过程中不会产生二次污染，具有显著的优越性。对Cr(Ⅵ)的吸附去除率高达99.82％，吸附容量高达12.98mg/g。本发明提供的制备方法，具有原材料易得、操作简单，对设备要求低、能耗小和生产成本低等优点，产率高达92％以上，可实现规模化生产。

技术领域

本发明涉及化学材料生产技术领域，尤其涉及一种超薄层羟镁铝石材料及其制备方法与应用。

背景技术

羟镁铝石是一种特殊的阴离子粘土，其层板金属元素为镁、铝，层间阴离子为OH^-，典型化学结构式为Mg₆Al₂(OH)₁₆(OH)₂（该化学结构式可根据实际需要在合成羟镁铝石时加以改变）。羟镁铝石层间阴离子的特殊性使其特别适合作为水中污染组分的去除剂，且进行离子交换过程中不会产生二次污染问题，但也因其层间阴离子的特殊性，传统的阴离子粘土合成技术，如共沉淀法、离子交换法、水热合成法、焙烧复原法、二次组装法等，均不能制备出高纯羟镁铝石，更不能实现羟镁铝石的纳米片化（即制备出超薄层羟镁铝石）。

在本发明相关领域，阴离子粘土纳米片的可控合成受到高度关注。其中，成核-晶化隔离法是现在唯一可实现产业化合成的方法，其根本原理是水相合成，由于层间电荷密度很高，与层间阴离子的作用力较大，因而很难实现阴离子粘土层板的彻底剥离。剥层法通过增大阴离子粘土层间距可削弱其层间相互作用，进而剥离得到单层阴离子粘土。研究者在合成过程中将不同的表面活性剂、氨基酸、乳酸等大分子提前插入阴离子粘土层板中，以增加层间距，最终实现了其在水中或醇类、丙烯酸酯、四氯化碳、甲苯等有机溶剂中的剥离。该方法因需要提前在层板中插入有机阴离子而增加了繁复的操作步骤。随后研究人员利用超声处理简化了剥离前需插层有机阴离子的步骤，实现了硝酸根或碳酸根插层的阴离子粘土的剥离。

然而，上述方法虽然成功合成单层阴离子粘土，但大多数只能在溶液或胶体环境下稳定存在，粉末状态无法维持其单层结构，这对进一步拓展其工业化应用，特别在一些粉末环境下的使用是不利的。另外，羟镁铝石特殊的层间阴离子结构使其难于在溶液条件下合成。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种超薄层羟镁铝石及其制备方法与应用。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

本发明提供的一种超薄层羟镁铝石材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1，将氧化镁、氢氧化铝和去离子水加入到研磨设备中，研磨均匀，得混合物；

步骤S2，将步骤S1得到的混合物倒入一定量的去离子水中，得到悬浊液；

步骤S3，将步骤S2得到的悬浊液进行晶化，经离心、洗涤后，得沉积物；

步骤S4，将步骤S3得到的沉积物，分散在溶剂中，得分散液；

步骤S5，向步骤S4得到的分散液中通入N₂，并进行超声、常温震荡、离心和干燥，制得超薄层羟镁铝石材料。

进一步的，步骤S3中，所述晶化的温度为60~80℃，晶化的时间为4~6h；所述洗涤使用的溶剂为甲酰胺。

进一步的，步骤S4中，所述溶剂为甲酰胺；所述分散液中的固体物浓度范围为10~20 g/L。

进一步的，步骤S5中，超声的时间为30min~40min；常温震荡的时间为24h~36h；干燥的温度为60-80℃。