專利名稱：一種分層花型貝殼粉基鎳鋁水滑石的合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利屬于功能材料領(lǐng)域，特別涉及一種水滑石的制備方法。
背景技術(shù)：
陰離子型層狀材料以水滑石類化合物為主(Layered Double Hydroxides,LDHs) ο水滑石類化合物包括水滑石(Hydrotalcite)和類水滑石(Hydrotalcite likecompound)，其主體一般由兩種金屬的氫氧化物構(gòu)成，因此又稱為層狀雙羥基復(fù)合金屬氫氧化物(Layered Double Hydroxides,簡寫為LDHs)。LDH的插層化合物稱為插層水滑石。水滑石、類水滑石和插層水滑石統(tǒng)稱為水滑石類插層材料。二十世紀(jì)90年代以來，LDHs在催化材料、生物、電子、吸波和環(huán)保等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用并顯示出巨大的應(yīng)用前景。目前報道的層狀水滑石材料的制備方法主要有共沉淀和水熱法，也有利用微波輔助制備類水滑石材料的報道。共沉淀法制備的材料顆粒尺寸不均勻，易形成不規(guī)則的石頭狀結(jié)構(gòu)，比表面積小，理化性能差。水熱方法制備的材料尺寸均勻，但是水熱法需要較高的溫度和反應(yīng)時間(一般在200°C左右，反應(yīng)24小時)，消耗大量的能量。微波合成方法主要利用微波的輻射作用，反應(yīng)溫度低，時間短，節(jié)約能耗?，F(xiàn)有的微波合成方法中大都是制備單一片狀水滑石材料，三維結(jié)構(gòu)的水滑石材料鮮有報道。目前采用動植物纖維為模板制備納米催化劑具有很好的發(fā)展前景。在生物界，動植物作為一個重要的部分，其大小、形態(tài)、結(jié)構(gòu)、生理功能、遺傳變異、生活習(xí)性、地理分布、對環(huán)境的作用及與人類的關(guān)系各不相同，表現(xiàn)出豐富多樣性的特征，由于動植物分子形態(tài)多種多樣，同時生物分子具有完善且嚴(yán)格的分子識別功能，可以對粒子的尺寸、形態(tài)及其分布進(jìn)行精確調(diào)控。但目前還沒有采用動植物纖維制備水滑石的報導(dǎo)
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種操作簡單、合成時間短、結(jié)晶度度高的分層花型貝殼粉基鎳鋁水滑石的合成方法。本發(fā)明主要是利用天然貝殼粉為支撐材料，對鎳鋁和貝殼粉進(jìn)行微波處理，制備出具有較高的結(jié)晶度和片層花狀形貌的三維花型貝殼粉基鎳鋁水滑
O本發(fā)明的合成方法如下:(I)原料:帶結(jié)晶水的硝酸鎳、帶結(jié)晶水的硝酸鋁、尿素和貝殼粉。(2)在室溫下，按硝酸鎳:硝酸鋁的摩爾比為2:1的比例，攪拌溶解于蒸餾水中，每IOOml蒸懼水加入20g硝酸鹽,超聲頻率40Hz,超聲分散10 15min,配成溶液A ;以尿素為沉淀劑，按尿素:硝酸鹽的摩爾比為2 4:1，將尿素和貝殼粉溶于去離子水中，尿素:貝殼粉的質(zhì)量比為0.5 4:1，每IOOml去離子水加入尿素和貝殼粉10 16g，超聲頻率40Hz，進(jìn)行超聲分散10 15min,配成溶液B。(3)將上述A、B兩種溶液加入到反應(yīng)器中，保證溶液總體積在200mL，體積不足200mL，用蒸餾水補(bǔ)加，在氮氣保護(hù)下微波處理，反應(yīng)溫度90 120°C，處理時間I 2.5h，處理功率300W 500W。(3)反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻到室溫，過濾，用去離子水洗滌至中性，放入烘箱中70 80°C下干燥10 12h，研磨后得到花狀貝殼粉基鎳鋁水滑石。貝殼粉的層狀結(jié)構(gòu)對水滑石的形成起到支撐作用，同時尿素水解形成的片層狀水滑石自組裝成花型微球。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點:1、操作簡單，合成時間短，降低了成本。2、合成的水滑石結(jié)晶度高，其吸附氟離子的性能強(qiáng)，吸附10mg/L的氟溶液去除率達(dá)到98.13%，吸附后溶液可以達(dá)到飲用水中的氟離子標(biāo)準(zhǔn)。


圖1為本發(fā)明實施例2合成的分層花型貝殼粉基鎳鋁水滑石的粉末X射線衍射圖。圖2為天然貝殼粉的掃描電鏡圖。圖3為本發(fā)明實施例2合成的分層花型貝殼粉基鎳鋁水滑石的掃描電鏡圖。圖4為本發(fā)明實施例2合成的分層花型貝殼粉基鎳鋁水滑石吸附水中氟離子的去除率與吸附時間的關(guān)系。圖5為本發(fā)明實施例2合成的分層花型貝殼粉基鎳鋁水滑石的透射電鏡圖。
具體實施例方式實施例1:在室溫下，取5.816g Ni (NO3)2 *6H20,3.751g Al (NO3)3 *9H20 溶解于 48ml 蒸餾水中，超聲頻率40Hz，超聲lOmin，配成溶液A ;取3.604g尿素和7.207g貝殼粉溶解于IOOmL水中，超聲分散lOmin，超聲頻率40Hz，配成溶液B。將上述A、B兩種溶液加入到反應(yīng)器中，用蒸餾水將溶液的總體積補(bǔ)加到200mL，在氮氣保護(hù)下微波處理，反應(yīng)溫度90°C，處理時間lh，處理功率300W。反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻到室溫，過濾，用去離子水洗滌至中性，放入烘箱中70°C下干燥12h，研磨后得到花狀貝殼粉基鎳鋁水滑石。實施例2:在室溫下，取8.724g Ni (NO3)2 *6H20, 5.627g Al (NO3) 3 *9H20 溶解于 75ml 蒸餾水中，超聲頻率40Hz，超聲15min，配成溶液A ;取8.108g尿素和3.892g貝殼粉溶解于IOOmL水中，超聲分散15min，超聲頻率40Hz，配成溶液B。將上述A、B兩種溶液加入到反應(yīng)器中，用蒸餾水將溶液的總體積補(bǔ)加到200mL，在氮氣保護(hù)下微波處理，反應(yīng)溫度100°C，處理時間2h，處理功率300W。反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻到室溫，過濾，用去離子水洗滌至中性，放入烘箱中80°C下干燥10h，研磨后得到花狀貝殼粉基鎳鋁水滑石。如圖1 所示，在 20 等于 11.08° ,22.46° ,34.60。,60.44。,61.60。的衍射峰與水滑石的(003)，(006)，(012)，(110)，(113)特征衍射峰相符合，說明該方法合成的水滑石為典型的菱形片狀鎳鋁水滑石。所有衍射峰尖銳，表面形成的水滑石結(jié)晶度高，結(jié)構(gòu)更有序。從圖2可以看出貝殼粉為片層結(jié)構(gòu)，這為水滑石的形成提供支撐作用。如圖3所示，可以看出材料為三維花狀微球，表面光滑，微球尺寸2-10 μ m，由二維的水滑石納米片自組裝而成。從圖4可以看出利用合成的分層花型貝殼粉基鎳鋁水滑石作為吸附劑，對水中的氟離子有很高的去除效果，對于10mg/L的氟溶液，去除率達(dá)到98.13%，吸附后溶液中氟離子濃度可達(dá)到0.187mg/L，達(dá)到直接飲用水的標(biāo)準(zhǔn)，是有效的吸附劑。如圖5所示，顯示三維花狀形貌由二維片層水滑石片自組裝而成，結(jié)構(gòu)清晰，與SEM分析相一致，顯示了花狀立體結(jié)構(gòu)。實施例3:在室溫下，取2.908g Ni (NO3)2.6Η20，1.876g Al (NO3)3.9Η20 溶解于 25ml 蒸餾水中，超聲頻率40Hz，超聲15min，配成溶液A ;取3.604g尿素和6.396g貝殼粉溶解于IOOmL水中，超聲分散15min，超聲頻率40Hz，配成溶液B。將上述A、B兩種溶液加入到反應(yīng)器中，用蒸餾水將溶液的總體積補(bǔ)加到200mL，在氮氣保護(hù)下微波處理，反應(yīng)溫度90°C，處理時間
2.5h，處理功率500W。反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻到室溫，過濾，用去離子水洗滌至中性，放入烘箱中80°C下干燥10h，研磨后得到花狀貝殼粉基鎳鋁水滑石。實施例4:在室溫下，取11.63g Ni (NO3)2.6Η20，7.503g Al (NO3) 3.9Η20 溶解于 95ml 蒸餾水中，超聲頻率40Hz，超聲12min，配成溶液A ;取10.81g尿素和2.703g貝殼粉溶解于IOOmL水中，超聲分散12min，超聲頻率40Hz，配成溶液B。將上述A、B兩種溶液加入到反應(yīng)器中，用蒸餾水將溶液的總體積補(bǔ)加到200mL，在氮氣保護(hù)下微波處理，反應(yīng)溫度110°C，處理時間1.5h，處理功率400W。反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻到室溫，過濾，用去離子水洗滌至中性，放入烘箱中70°C下干燥12h，研磨即得到花狀貝殼粉基鎳鋁水滑石。實施例5:在室溫下，取4.653g Ni (NO3)2.6Η20，3.0Olg Al (NO3) 3.9Η20 溶解于 40mL 蒸餾水中，超聲頻率40Hz，超聲lOmin，配成溶液A ;取5.766g尿素和4.234g貝殼粉溶解于IOOmL水中，超聲分散lOmin，超聲頻率40Hz，配成溶液B。將上述A、B兩種溶液加入到反應(yīng)器中，用蒸餾水將溶液的總體積補(bǔ)加到200mL，在氮氣保護(hù)下微波處理，反應(yīng)溫度100°C，處理時間2h，處理功率500W。反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻到室溫，過濾，用去離子水洗滌至中性，放入烘箱中75°C下干燥llh，研磨后得到花狀貝殼粉基鎳鋁水滑石。實施例6:在室溫下，取10.47g Ni (NO3)2.6Η20，6.752g Al (NO3)3.9Η20 溶解于 85mL 蒸餾水中，超聲頻率40Hz，超聲12min，配成溶液A;取9.729g尿素和6.271g貝殼粉溶解于IOOmL水中，超聲分散12min，超聲頻率40Hz，配成溶液B。將上述A、B兩種溶液加入到反應(yīng)器中，用蒸餾水將溶液的總體積補(bǔ)加到200mL，在氮氣保護(hù)下微波處理，反應(yīng)溫度120°C，處理時間2.5h，處理功率500W。反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻到室溫，過濾，用去離子水洗滌至中性，放入烘箱中80°C下干燥10h，研磨后得到花狀貝殼粉基鎳鋁水滑石。
權(quán)利要求
1.一種分層花型貝殼粉基鎳鋁水滑石的合成方法，其特征在于: (1)原料為帶結(jié)晶水的硝酸鎳、帶結(jié)晶水的硝酸鋁、尿素和貝殼粉； (2)在室溫下，按硝酸鎳:硝酸鋁的摩爾比為2:1的比例，攪拌溶解于蒸餾水中，每IOOml蒸懼水加入20g硝酸鹽,超聲頻率40Hz,超聲分散10 15min,配成溶液A ;以尿素為沉淀劑，按尿素:硝酸鹽的摩爾比為2 4:1，將尿素和貝殼粉溶于去離子水中，尿素:貝殼粉的質(zhì)量比為0.5 4:1，每IOOml去離子水加入尿素和貝殼粉10 16g，超聲頻率40Hz，進(jìn)行超聲分散10 15min,配成溶液B ； (3)將上述A、B兩種溶液加入到反應(yīng)器中，保證溶液總體積在200mL，體積不足200mL，用蒸餾水補(bǔ)加，在氮氣保護(hù)下微波處理，反應(yīng)溫度90 120°C，處理時間I 2.5h，處理功率 300W 500W ； (4)反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻到室溫，過濾，用去離子水洗滌至中性，放入烘箱中70 80°C下干燥10 12h，研磨后得到花狀貝殼粉基鎳鋁水滑石。
全文摘要
一種分層花型貝殼粉基鎳鋁水滑石的合成方法，其按硝酸鎳硝酸鋁的摩爾比為2:1的比例，攪拌溶解于蒸餾水中，超聲分散10～15min，配成溶液A；將尿素和貝殼粉溶于去離子水中，超聲分散10～15min，配成溶液B；將上述A、B兩種溶液加入到反應(yīng)器中，在氮氣保護(hù)下微波處理，反應(yīng)溫度90～120℃，處理時間1～2.5h，處理功率300W～500W；反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻到室溫，過濾，用去離子水洗滌至中性，放入烘箱中70～80℃下干燥10～12h，研磨后得到花狀貝殼粉基鎳鋁水滑石。本發(fā)明操作簡單、合成時間短、成本低，合成的水滑石結(jié)晶度高，其吸附氟離子的性能明顯加強(qiáng)。
文檔編號C01G53/04GK103145202SQ20131008419
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月18日
發(fā)明者李秋榮, 盧弘驍, 肖海燕, 王然然, 段寧靜 申請人:燕山大學(xué)