一种制备微米尺寸NO3-插层MgAl-LDHs的方法

本发明涉及ldhs制备领域，尤其涉及一种制备微米尺寸no3-插层mgal-ldhs的方法。

背景技术：

1、层状双金属氢氧化物(layered double hydroxides，ldhs)是由两种或以上的金属阳离子组成的具有类水滑石结构的层状晶体结构。

2、由于其特殊的结构，ldhs具有高化学稳定性、优异的载体特性以及优异的层间离子交换能力等特点。

3、因此可以将各种具有特殊功能的阴离子插层到ldhs层间，使得ldhs在生物医疗、海洋防污、腐蚀与磨损等领域拥有巨大应用潜能。

4、但是，想要利用ldhs负载特殊功能的阴离子，需要先制备出易进行离子交换的ldhs前驱体。

5、不同的层间阴离子与ldhs层板的亲和力不同，离子交换能力也不相同，常见的离子交换难度顺序为co32->so42->hpo4->oh->cl->no3-。

6、目前关于ldhs的研究多基于最易形成的co32-插层的ldhs，不利于后续离子交换。而no3-插层的ldhs更易发生离子交换，是获得具有特定功能ldhs的最优前驱体。

7、但是，co32-总是优先于其他阴离子插入到ldhs层间，故在制备no3-ldhs时需要排除空气中co2的干扰，因此对制备过程的密闭性要求较高，且需要全程通入氮气，增加了实验成本与操作难度。

8、另外，ldhs的尺寸大小也会影响其负载功能化阴离子后的应用效果。

9、目前ldhs的制备多集中为纳米尺寸的ldhs，微米尺寸ldhs的制备相对较少。

10、微米尺寸ldhs通常采用均匀形核法制备，这种制备方式的反应溶液在常温下呈中性，随水热温度升高，碱溶液逐渐分解，提高体系的ph值，使ldhs发生沉淀。

11、最常见的碱溶液为尿素(co(nh2)2)，但尿素高温分解时会在提高体系ph值的同时生成co2，制备出co3-ldhs，不利于后续ldhs的离子交换。

12、因此要制备no3-ldhs，最好选择其他物质为碱溶液，而六亚甲基四铵(hmt)在高温下分解时在提高体系ph值时不会产生co2，是制备非co32-插层ldhs的理想碱性物质。但目前采用hmt作为碱溶液制备ldhs的研究较少。

13、本发明基于上述两点背景技术，通过一种简单方法(不需要隔绝空气中的co2)及使用六亚甲基四铵(以下描述采用简写hmt)作为碱溶液，制备出微米尺寸mgal-no3-ldhs粉末。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种制备微米尺寸no3-插层mgal-ldhs的方法。本发明省略了传统no3-ldhs制备过程中需要密闭环境与通入氮气的步骤，在开放的环境下，仅通过改变反应溶液中碱溶液六亚甲基四铵的浓度，直接制备出no3-插层的微米尺寸mgal-no3-ldhs粉末。

2、常规的no3-ldhs制备需要全程在密闭环境及氮气氛围中(目的是全程隔绝空气中的co2)形成均匀反应溶液，并快速转移至反应釜中进行高温晶化。

3、发明mgal-no3-ldhs的制备不需要在密闭环境下进行，且省略了通氮气步骤，通过直接控制均匀形核法制备过程中hmt浓度制备出no3-ldhs，方便应用到相应的需求场合。

4、本发明通过下述技术方案实现：

5、一种制备微米尺寸no3-插层mgal-ldhs的方法，包括如下步骤：

6、步骤(1)：在室温下配制化学试剂：mg(no3)2·6h2o、al(no3)3·9h2o与hmt的混合溶液，并搅拌均匀；

7、步骤(2)：将步骤(1)得到的混合溶液转移至反应釜，进行水热反应，得到mgal-no3-ldhs沉淀物；

8、步骤(3)：将步骤(2)得到的沉淀物洗涤后烘干，得到微米尺寸的mgal-no3-ldhs粉末。

9、步骤(1)中，所述mg(no3)2·6h2o浓度为0.1m；al(no3)3·9h2o浓度为0.05m；hmt浓度为0.25m。

10、步骤(1)中，化学试剂均为分析纯。

11、步骤(2)中，所述反应釜为100ml反应釜，水热处理参数为120℃下保温12h。

12、步骤(3)中，所述洗涤为用去离子水洗涤三次，在40-45℃下烘干20-24h，得到微米尺寸的mgal-no3-ldhs粉末。

13、本发明的原理：

14、在ldhs制备过程中，层间阴离子的来源主要为所用的化学试剂，但制备目标no3-ldhs时所用试剂虽然不含co32-，却依旧会形成co3-ldhs，这是由于制备体系溶液中溶解有微量co2，而co2溶解形成的co32-与ldhs的亲和性更强，因此在制备过程中co32-与目标层间阴离子no3-间呈竞争关系，co2溶解量超过一定度时就会生成co3-ldhs。常规方法是隔绝空气避免co2的干扰，这无疑增加了制备成本与难度。本发明发现，通过降低体系的ph值可以降低co2的溶解度，从而有效避免co3-ldhs的生成。通过动力学方式可以解释这一现象，溶液中co2与h+之间的化学反应方程如下：

15、co2+h2o→h2co3 (1)

16、h2co3→h++hco3- (2)

17、hco3- →h++co32- (3)

18、在25℃时，三个反应的化学平衡常数k、电离平衡常数ka1和ka2如下：

19、

20、

21、

22、由方程(6)可知，溶液中h+与co32-离子浓度[co32-]呈反比关系，随着[h+]下降(ph值升高)，[co32-]升高，而co32-与ldhs有极高的亲和力，当[co32-]达到一定值时，co32-就可以轻易置换出ldhs层间的no3-，形成co3-ldhs。因此在制备no3-ldhs时，要注意体系中co32-浓度的变化，严格控制体系ph值，即控制体系碱溶液(hmt)浓度，使水热过程中体系的ph值恰好都使二价、三价金属完全沉淀。

23、本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

24、(1)本发明提供的制备方法，简化了目前常见的no3-ldhs制备步骤，不需要使用通氮气装备，降低了制备过程难度与制备成本。

25、(2)本发明所制备的是微米尺寸ldhs，选择了研究较少的六亚甲基四铵(hmt)作为反应碱溶液，制备出mgal-no3-ldhs。

26、(3)本发明通过控制体系ph值降低co2的溶解度，同样适合于其他金属元素组成的no3-ldhs的制备，具有广泛适用性。

技术特征：

1.一种制备微米尺寸no3-插层mgal-ldhs的方法，其特征在于包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述制备微米尺寸no3-插层mgal-ldhs的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述mg(no3)2·6h2o浓度为0.1m；al(no3)3·9h2o浓度为0.05m；hmt浓度为0.25m。

3.根据权利要求1所述制备微米尺寸no3-插层mgal-ldhs的方法，其特征在于步骤(1)中，化学试剂均为分析纯。

4.根据权利要求1所述制备微米尺寸no3-插层mgal-ldhs的方法，其特征在于步骤(2)中，所述反应釜为100ml反应釜，水热处理参数为120℃下保温12h。

5.根据权利要求1所述制备微米尺寸no3-插层mgal-ldhs的方法，其特征在于步骤(3)中，所述洗涤为用去离子水洗涤三次，在40-45℃下烘干20-24h，得到微米尺寸的mgal-no3-ldhs粉末。

技术总结本发明公开了一种制备微米尺寸NO<subgt;3</subgt;<supgt;‑</supgt;插层MgAl‑LDHs的方法；具体包括以下步骤：1)配置一定浓度的MgAl‑LDHs反应溶液，通过控制碱溶液六亚甲基四铵(HMT)的浓度控制体系pH值，使反应溶液中Mg<supgt;2+</supgt;、Al<supgt;3+</supgt;、HMT的浓度比为0.2:0.1:0.25M；2)将MgAl‑LDHs反应溶液转移至反应釜中进行水热反应，制备MgAl‑LDHs沉淀物；3)将制得的沉淀物用去离子水洗涤、烘干，得到MgAl‑NO<subgt;3</subgt;‑LDHs粉末。本发明省略了传统NO<subgt;3</subgt;‑LDHs制备过程中需要密闭环境与通入氮气的步骤，在开放的环境下，仅通过改变反应溶液中碱溶液六亚甲基四铵的浓度，直接制备出NO<subgt;3</subgt;<supgt;‑</supgt;插层的微米尺寸MgAl‑NO<subgt;3</subgt;‑LDHs粉末。根据其制备原理，该方法同样可以应用到其他金属元素组成的LDHs制备中。技术研发人员：高岩,李雅菲受保护的技术使用者：华南理工大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29