本發(fā)明涉及水滑石合成，具體涉及一種通過(guò)強(qiáng)制分子重組擴(kuò)散技術(shù)綠色合成水滑石的工藝。

背景技術(shù)：

1、鎂鋁水滑石(magnesium-aluminum?hydrotalcite,mg-al-ldhs)是一種非常典型的三維層狀陰離子型化合物，由于mg-al-ldhs特別的層狀結(jié)構(gòu)和較強(qiáng)的陰離子的交換能力，使得mg-al-ldhs在聚合物的熱穩(wěn)定、阻燃、農(nóng)藥薄膜的紫外線吸收劑、電纜線的阻燃劑、工業(yè)催化、光電化學(xué)、藥物釋放、塑料改性以及廢水處理等諸多領(lǐng)域中都有著廣泛的應(yīng)用，同時(shí)鎂鋁水滑石(mg-al-ldhs)的晶粒大小、徑厚比以及比表面積等參數(shù)，對(duì)其在聚合物中的分散性、耐熱老化性、著色性以及吸附性能都有著直接的影響。

2、目前，制備鎂鋁水滑石的主要方法有共沉淀法、硫酸鹽水熱法、離子交換法等，這些常規(guī)的方法雖然工藝較為簡(jiǎn)單，但存在合成出的水滑石顆粒不均勻、粒徑較大、層板結(jié)構(gòu)不能完全恢復(fù)且產(chǎn)品的純度不高、生產(chǎn)過(guò)程中三廢嚴(yán)重以及能耗高等各種弊端。

3、2015年左右，國(guó)內(nèi)大規(guī)模發(fā)展了水滑石的綠色合成方法，主要以工業(yè)級(jí)氫氧化鎂、氫氧化鋁為原料經(jīng)過(guò)室溫初級(jí)研磨，再由高溫水熱反應(yīng)合成得到，但這種合成方法的主要問(wèn)題是其所得產(chǎn)品中的主成分只有60～85％(即純度較低)，因此其在pvc加工成型的應(yīng)用中，熱穩(wěn)定效果不及以硫酸鹽水熱法合成的水滑石產(chǎn)品，故這種方法合成的水滑石產(chǎn)品具有較大的局限性。在此不滿足于實(shí)際應(yīng)用要求的情況下，科研人員進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)，比如原料研磨；將氫氧化鎂部分替換為碳酸氫鎂；加壓反應(yīng)；水質(zhì)替換，助劑的加入；等各種方法，但依然沒(méi)有達(dá)到硫酸鹽水熱法合成的效果。目前，較為常用的水滑石生產(chǎn)技術(shù)為水熱法工藝，以可溶性金屬鹽為原料，離子工藝可較好的調(diào)控水滑石晶體形貌，制備出不同晶粒大小、徑厚比、比表面積的水滑石粒子，從而可較好的應(yīng)用于不同種類聚合物中，但是這種工藝會(huì)產(chǎn)生較多沒(méi)有利用價(jià)值的鹽類，而為了去除水滑石內(nèi)含有的鈉鹽或其他鹽類又必須得進(jìn)行數(shù)次洗滌，進(jìn)而會(huì)產(chǎn)生的大量污水及副產(chǎn)物，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下、制造成本增加、惡化環(huán)境等問(wèn)題。

4、中國(guó)專利cn114956142b公開(kāi)了一種晶型可調(diào)控的納米水滑石超臨界合成工藝，其也是采用在乳液中添加乙二醇在經(jīng)過(guò)初級(jí)研磨，再經(jīng)過(guò)水熱合成后，用乳酸和三聚氰胺進(jìn)行改性，干燥后獲得水滑石產(chǎn)品，該制備過(guò)程壓力達(dá)到8.5mpa，乙二醇的添加量與產(chǎn)品水滑石的質(zhì)量比也接近1：1，最終的產(chǎn)品的熱穩(wěn)定測(cè)試結(jié)果也沒(méi)有和硫酸鎂硫酸鋁水熱法(硫酸鹽水熱法)合成的水滑石進(jìn)行對(duì)比，并且其產(chǎn)物中也引入了較多的雜質(zhì)金屬離子，產(chǎn)品存在較多未反應(yīng)的氫氧化鎂，氫氧化鋁原料，產(chǎn)品純度較低。

5、中國(guó)專利cn103108907a公開(kāi)了鈉含量控制在極微量的二氧化碳制備水滑石的工藝，但其二氧化碳通入量較少，二氧化碳不能快速與其它固體原料充分接觸，在水滑石生長(zhǎng)過(guò)程中不能有效調(diào)控晶體形貌，導(dǎo)致其所得產(chǎn)品在聚合物中的分散性、著色性、熱穩(wěn)定性較差。

6、中國(guó)專利cn112811449a公開(kāi)了一種制備鎂鋁水滑石的新方法，其采用在原料乳液中添加二乙醇胺和磷酸鈉，在經(jīng)過(guò)初級(jí)研磨，再經(jīng)過(guò)水熱合成后，用乳酸和三聚氰胺進(jìn)行改性，干燥后獲得水滑石產(chǎn)品，該制備過(guò)程溫度達(dá)到220℃，最終的熱穩(wěn)定測(cè)試結(jié)果也沒(méi)有和硫酸鎂硫酸鋁水熱法的水滑石進(jìn)行對(duì)比，無(wú)法體現(xiàn)出熱穩(wěn)定效果。

7、中國(guó)專利cn107902681a公開(kāi)了一種鈣鋁水滑石的制備方法，將氫氧化鈣、氫氧化鋁和碳酸鈉加入球磨機(jī)中，球料質(zhì)量比控制在(8～12)：1，球磨轉(zhuǎn)速為200～500r/min，干磨2～4小時(shí)，小、中、大磨球(直徑分別為5mm、8mm、10mm)比例為1～2：2～3：5～7；將固體混合物與水混合，600～800w、70～90℃下，微波水熱晶化5～20min；水洗、過(guò)濾、干燥，得鈣鋁水滑石；這種方法會(huì)產(chǎn)生較多的氫氧化鈉副產(chǎn)物需要處理，且回收處理較困難，仍會(huì)產(chǎn)生大量廢水。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于：針對(duì)現(xiàn)有的水滑石合成工藝所面臨的上述問(wèn)題，而開(kāi)發(fā)了一種通過(guò)強(qiáng)制分子重組擴(kuò)散技術(shù)綠色合成水滑石的工藝，從而解決了以上問(wèn)題，該工藝是一種無(wú)副產(chǎn)物、清潔化且易于工業(yè)化生產(chǎn)的水滑石晶型的生產(chǎn)工藝。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、本發(fā)明提供了一種通過(guò)強(qiáng)制分子重組擴(kuò)散技術(shù)綠色合成水滑石的工藝，該工藝包括如下步驟：

4、s1、鎂鋁乳液配制：在水存在的條件下，將鎂源、鋁源以及研磨助劑攪拌混合，以獲得鎂鋁乳液并對(duì)其進(jìn)行低溫研磨，待用；

5、s2、晶化反應(yīng)：將低溫研磨后的鎂鋁乳液加水稀釋并升溫至第一溫度，而后在密閉條件下進(jìn)行高溫研磨、超聲分散，同時(shí)升溫至第一溫度后向體系中引入co32-并繼續(xù)升溫至第二溫度進(jìn)行晶化反應(yīng)，以促使鎂鋁水滑石晶粒的生長(zhǎng)；

6、s3、改性：將上述晶化反應(yīng)體系降溫至第三溫度，而后向體系中加入改性劑進(jìn)行改性，繼續(xù)降溫至第四溫度后進(jìn)行過(guò)濾或離心，從而獲得含水鎂鋁水滑石；

7、其中，所述第三溫度低于第一溫度；

8、s4、干燥：將所述含水鎂鋁水滑石干燥后獲得鎂鋁水滑石。

9、具體的，由于鎂鋁水滑石常規(guī)水熱法合成存在副產(chǎn)物多、工業(yè)廢水處理費(fèi)用高昂、合成條件苛刻等問(wèn)題，以及常規(guī)綠色合成水滑石工藝在室溫狀態(tài)下研磨后直接進(jìn)行高溫水熱合成，其存在主成分含量不足、熱穩(wěn)定性不及以硫酸鹽水熱法所得產(chǎn)品的問(wèn)題，導(dǎo)致其在pvc加工成型的應(yīng)用中有較大的局限性，不滿足于實(shí)際應(yīng)用的要求；對(duì)此，現(xiàn)有的改進(jìn)工藝(綠色合成方法)：①比如原料研磨；②氫氧化鎂部分替換為碳酸氫鎂；③加壓反應(yīng)；④水質(zhì)替換，助劑的加入；上述的這些方法依然沒(méi)有達(dá)到硫酸鹽水熱法合成產(chǎn)品的質(zhì)量；為此本發(fā)明提供了上述的工藝，解決了問(wèn)題。

10、本發(fā)明提供的這種工藝解決了現(xiàn)有的水滑石綠色合成方法存在的合成產(chǎn)品中水滑石含量不足的問(wèn)題。

11、進(jìn)一步的，一種通過(guò)強(qiáng)制分子重組擴(kuò)散技術(shù)綠色合成水滑石的工藝：步驟s1中所述的鎂源選用氫氧化鎂、所述的鋁源選用氫氧化鋁；所述的研磨助劑用于避免鎂鋁乳液團(tuán)聚，其選用聚醚型研磨助劑，具體可選用曲拉通x100。

12、進(jìn)一步的，一種通過(guò)強(qiáng)制分子重組擴(kuò)散技術(shù)綠色合成水滑石的工藝：所述鎂鋁乳液包括如下組分：鎂源5.0～16.0wt％、鋁源5.0～16.0wt％、研磨助劑0.01～0.03wt％以及余量水。

13、進(jìn)一步的，一種通過(guò)強(qiáng)制分子重組擴(kuò)散技術(shù)綠色合成水滑石的工藝：低溫研磨后所述鎂鋁乳液至少48小時(shí)不出現(xiàn)分層。

14、具體的，所述的鎂鋁乳液充分研磨至少3小時(shí)，研磨后形成懸濁液至少48小時(shí)不出現(xiàn)分層情況；mg/al比可以依據(jù)后續(xù)水滑石的特性要求，可以選擇適當(dāng)?shù)谋壤?/p>

15、進(jìn)一步的，一種通過(guò)強(qiáng)制分子重組擴(kuò)散技術(shù)綠色合成水滑石的工藝：步驟s2中通過(guò)微波加熱方式進(jìn)行升溫，且第一溫度不低于100℃，第二溫度不超過(guò)200℃。

16、進(jìn)一步的，一種通過(guò)強(qiáng)制分子重組擴(kuò)散技術(shù)綠色合成水滑石的工藝：步驟s2通過(guò)緩慢通入二氧化碳?xì)怏w的方式引入co32-，通入完成后繼續(xù)保溫反應(yīng)1～6小時(shí)。

17、進(jìn)一步的，一種通過(guò)強(qiáng)制分子重組擴(kuò)散技術(shù)綠色合成水滑石的工藝：步驟s3中的第三溫度為55～85℃；改性時(shí)間為1～3小時(shí)。

18、進(jìn)一步的，一種通過(guò)強(qiáng)制分子重組擴(kuò)散技術(shù)綠色合成水滑石的工藝：步驟s3中的改性劑選用硬脂酸或硬脂酸鹽。

19、具體的，在本發(fā)明中所用的改性劑優(yōu)選為硬脂酸、硬脂酸鋅、硬脂酸鋇、硬脂酸鈣等硬脂酸或者硬脂酸鹽，依據(jù)水滑石產(chǎn)品的穩(wěn)定性要求，優(yōu)選為硬脂酸和硬脂酸鋅，且改性過(guò)程中也可以進(jìn)行高溫研磨工藝，可以保證納米級(jí)水滑石產(chǎn)品生產(chǎn)。

20、優(yōu)選的，本發(fā)明的改性過(guò)程可以先加硬脂酸改性1小時(shí)，而后再加入硬脂酸鹽改性2小時(shí)。

21、進(jìn)一步的，一種通過(guò)強(qiáng)制分子重組擴(kuò)散技術(shù)綠色合成水滑石的工藝：步驟s4中的干燥方式采用沸騰流化床干燥、鼓風(fēng)干燥、耙式干燥或真空干燥。

22、進(jìn)一步的，一種通過(guò)強(qiáng)制分子重組擴(kuò)散技術(shù)綠色合成水滑石的工藝：研磨設(shè)備采用氧化鋯材質(zhì)，其中粒徑50～100mm的氧化鋯珠占比為1～8％，粒徑10～50mm的氧化鋯珠占比為8～12％，粒徑5～10mm的氧化鋯珠占比為5～15％，粒徑1～5mm的氧化鋯珠占比為50～70％。

23、在本發(fā)明中高溫研磨設(shè)備、超聲分散設(shè)備和微波加熱設(shè)備，分別為能夠承受200℃高溫和2.5mpa的蒸汽壓力，且高溫研磨設(shè)備的內(nèi)襯和研磨珠為氧化鋯或瑪瑙材質(zhì)，外殼外316l材質(zhì)。

24、本發(fā)明的有益效果：

25、(1)本發(fā)明采用氫氧化鎂、氫氧化鋁、二氧化碳以及微量的外加研磨助劑采用低溫初級(jí)研磨、高溫高壓研磨、高溫超聲波分散以及微波加熱，改性，過(guò)濾，干燥等工序，進(jìn)行強(qiáng)制分子重組擴(kuò)散，從而綠色合成了鎂鋁水滑石，獲得優(yōu)質(zhì)塑料熱穩(wěn)定助劑水滑石產(chǎn)品，其主成分含量＞97％(氧化鎂、氧化鋁雜質(zhì)少)，該工藝制備的水滑石的熱穩(wěn)定效果在同等配方條件下等于或優(yōu)于硫酸鹽水熱法制備的產(chǎn)品。

26、(2)本發(fā)明提供的這種工藝操作簡(jiǎn)單，其生產(chǎn)過(guò)程中沒(méi)有三廢產(chǎn)生，采用固定二氧化碳的方法，副產(chǎn)物水可以多次循環(huán)利用，系統(tǒng)流程解決了常規(guī)生產(chǎn)中產(chǎn)物熱穩(wěn)定效果不穩(wěn)定、三廢多、能耗高、后期產(chǎn)物熱穩(wěn)定效果不及硫酸鹽水熱法所得產(chǎn)物熱穩(wěn)定效果的問(wèn)題，本發(fā)明的工藝能保持水滑石晶體粒徑分布均勻、不板結(jié)、不團(tuán)聚的特性，方便使用，廣泛應(yīng)用于pvc熱穩(wěn)定劑、電纜電線穩(wěn)定劑、高透明農(nóng)用薄膜抗紫外線吸收劑。本發(fā)明工藝中還添加了少量的研磨助劑輔助研磨，減少了乳液的團(tuán)聚現(xiàn)象，提升了所得產(chǎn)物的粒徑分布均勻性。

27、(3)本發(fā)明的工藝采取綜合了高溫晶化過(guò)程加入研磨和微波超聲波輻射的方式合成鎂鋁水滑石，利用高溫條件下機(jī)械化學(xué)法和高效的微波超聲波高溫分散，使得反應(yīng)物具有較高的反應(yīng)活性，高溫條件下，在機(jī)械研磨粉碎和超聲波微波的加持分散下，原料都在納米級(jí)，反應(yīng)更加充分，氫氧化鎂，氫氧化鋁，二氧化碳，按照化學(xué)計(jì)量比反應(yīng)，過(guò)程經(jīng)過(guò)成核，晶體長(zhǎng)大，團(tuán)聚，晶體粉碎；直接高溫晶化轉(zhuǎn)化為鎂鋁水滑石，并同時(shí)在高溫環(huán)境下研磨和超聲微波分散，使晶粒粒度更為均勻完整，最終解決了鎂鋁水滑石副產(chǎn)物難處理、生產(chǎn)過(guò)程廢水處理量大、產(chǎn)品熱穩(wěn)定性效果不佳、制備流程繁瑣、設(shè)備投資大、以及生產(chǎn)成本高等問(wèn)題。