镁铝碳酸根型水滑石的制备方法与流程

本发明涉及制备镁铝碳酸根型水滑石的方法。

背景技术：

水滑石是一类层状双金属氢氧化物(layereddoublehydroxides，ldhs，分子式为[m1-x²⁺mx³⁺(oh)2]^x+ax/n^n-·mh2o)，属于阴离子型层状材料，比较典型的代表是镁铝碳酸根型水滑石，其中镁铝氢氧化物构成层板，碳酸根离子为层板间的阴离子。因为层间阴离子的种类、数量以及层板的可调性，水滑石被赋予了很多特性，比如离子可交换性、催化性能、热稳定性、弱碱性等，目前被广泛应用于材料、催化、医药等领域。

早在1842年hochstetter首先从片岩矿层中发现了天然水滑石矿，但天然矿存量有限、纯度不高，限制了其广泛使用。随着人们对水滑石认知的加深及应用的推广，水滑石合成的研究也不断得以深入进行。目前，水滑石的合成方法可以分为共沉淀法、水热法、离子交换法、微波合成法等，其中以共沉淀法的研究最为广泛。

权五玲等在《水滑石制备方法》的专利中(专利申请号200880131817.5)利用镁铝盐溶液和碱溶液共沉淀加晶种二次结晶的方法制备了水滑石，但该方法有以下弊端：①产生大量的盐类副产物并需要处理大量的含盐含碱废水，环保压力大；②受原料溶解度限制，很难提高浓度，单釜产量较小，因此生产成本较高。以上两个缺点也是所有共沉淀法所面临的主要难题和技术瓶颈。

相比于共沉淀法，水热法合成水滑石的研究和应用较少。山东理工大学王永在发表了《纳米晶mg-al水滑石的水热合成及合成机理》(无机材料学报.2008,23(1):93-97),文中以氧化镁(氢氧化镁)、氧化铝(氢氧化铝)以及碳酸钠为原料在140℃下制备了水滑石。该方法的技术缺点是，随着反应进行，溶液ph呈现上升趋势，不似共沉淀法可以相对稳定地控制ph，因此会造成铝源物质在强碱性溶液中的溶解，镁铝比波动较大。另外，该方法产生大量碱性废水，很难实现循环利用，环保压力较大。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种镁铝碳酸根型水滑石的制备方法，以克服现有技术存在的上述缺陷。

本发明的方法，包括如下步骤：

(1)在催化量的碱性物质存在下，镁源、铝源与二氧化碳在水中反应；

镁源和铝源的摩尔比为：n(mg)/n(al)＝1.8～3.0；

二氧化碳气体投入量为n(al)/n(co2)＝1.0～3.0；

反应温度为140-170℃，反应时间2-18h；

所述的镁源为氧化镁或氢氧化镁中的一种或其混合物；

所述的碱性物质选自碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠、碳酸铵、碳酸氢铵、氨水或尿素等中的一种或几种；

优选的，所述的催化剂摩尔使用量为：n(催化剂):n(al)＝0.01～0.5，优选比例为0.05～0.2；

二氧化碳的通入方式为分批通入、一次性通入或在反应前通入；

(2)然后从反应产物中，收集所述的镁铝碳酸根型水滑石；

所述的收集方法，依次包括降温，过滤、洗涤和干燥；滤液循环利用；

本发明的有益效果是：

废水零排放、副产物少、产量高、成本低、产品质量稳定，以二氧化碳为主要碳源，而仅使用催化剂量的碱，在适宜的温度下，镁源、铝源及二氧化碳全部转化为水滑石，实现最大化的原子经济性。滤液中不含副产物，仅有催化剂量的碱，完全可以循环利用(无需再加催化剂)而又不影响产品质量，完全符合环保要求。

附图说明

图1是实施例1的xrd图。

图2是实施例1的sem图。

图3是实施例1的tga图。

具体实施方式

为更好地理解本发明，现提供以下优选实施例，本发明的保护范围包含但不仅限于此：

实施例1

(1)在60l的高压釜中加入25.00kg的去离子水，升温至80℃；

然后，称取4.00kg(100.00mol)的氧化镁、3.90kg(50.00mol)的氢氧化铝、0.06kg(0.57mol)的碳酸钠，投入上述反应釜中搅拌；

继续加热，升温至釜内温度为160℃，此时反应釜压力约0.6mpa。向反应釜内通入二氧化碳气体，至0.7mpa，待压力降回0.6mpa时，继续通二氧化碳至0.7mpa，依次循环往复，通入的二氧化碳总量为1.10kg(25.00mol)。投料结束后，继续在160℃下反应10h；

(2)降温后，通过过滤、洗涤得到水滑石湿料，在120℃温度下干燥5h，得到水滑石产品共计11.70kg。

图1是产物的xrd图。图2是产物的sem图。图3是产物的tga图。

实施例2

在60l的高压釜中加入25.00kg的去离子水，升温至90℃。然后，称取2.00kg(50.00mol)的氧化镁、2.90kg(50.00mol)氢氧化镁、2.60kg(33.33mol)的氧化铝、0.06kg(0.625mol)的碳酸铵，投入上述反应釜中搅拌。继续加热，升温至釜内温度为170℃，此时反应釜压力约0.8mpa。向反应釜内通入二氧化碳气体，至0.85mpa，待压力降回0.8mpa时，继续通二氧化碳至0.85mpa，依次循环往复，通入的二氧化碳总量为1.80kg(40.91mol)。投料结束后，继续在170℃下反应6h。

降温后，通过过滤、洗涤得到水滑石湿料。在120℃温度下干燥5h，得到水滑石产品共计11.96kg。

实施例3

在60l的高压釜中加入25.00kg的去离子水，升温至80℃。然后，称取6.00kg(150.00mol)的氧化镁、3.90kg(50.00mol)的氢氧化铝、0.08kg(2.00mol)的氢氧化钠，投入上述反应釜中搅拌。继续加热，升温至釜内温度为140℃，此时反应釜压力约0.38mpa。向反应釜内通入二氧化碳气体，至0.45mpa，待压力降回0.38mpa时继续通二氧化碳至0.45mpa，依次循环往复，通入的二氧化碳总量为1.00kg(22.73mol)。投料结束后，继续在140℃下反应16h。

降温后，通过过滤、洗涤得到水滑石湿料。在120℃温度下干燥5h，得到水滑石产品共12.05kg。

实施例4

在60l的高压釜中加入25.00kg的去离子水，升温至70℃。然后，称取6.00kg(150.00)的氧化镁、3.83kg(37.55mol)的氧化铝、0.84kg(10.00mol)的碳酸氢钠，投入上述反应釜中搅拌，然后继续通入二氧化碳0.95kg(21.59mol)。升温至釜内温度为120℃，保温15h。降温后，通过过滤、洗涤得到水滑石湿料。在120℃温度下干燥5h，得到水滑石产品共14.75kg。

实施例5

滤液再循环利用合成水滑石的基本操作。

在60l的高压釜中加入25.00kg的上述实施例中的滤液(不足量可补加去离子水)，升温至90℃。然后，称取4.00kg(100.00mol)的氧化镁、3.90kg(50.00mol)的氢氧化铝，投入上述反应釜中搅拌。继续加热，升温至釜内温度为150℃，此时反应釜压力约0.47mpa。向反应釜内通入二氧化碳气体，至0.55mpa，待压力降回约0.5mpa时继续通二氧化碳至0.55mpa，依次循环往复，通入的二氧化碳总量为1.10kg(25.00mol)。投料结束后，继续在150℃下反应10h。

降温后，通过过滤、洗涤得到水滑石湿料。在120℃温度下干燥5h，得到水滑石产品共计11.28kg。