CN110589872A - 一种单层锌铝水滑石的制备方法 - Google Patents

一种单层锌铝水滑石的制备方法 Download PDF

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夏盛杰
张冠华
倪哲明
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract

一种单层锌铝水滑石的制备方法，所述方法为：配制Zn(NO3)2·6H2O和Al(NO3)3·9H2O的混合溶液，记为溶液A；配制NaOH溶液，记作溶液B；配制硼酸溶液，记作溶液C；惰性气体保护下，将溶液A和溶液B同时滴入反应容器，并保持体系的pH在7～10之间，滴完后继续搅拌30～60min，抽滤，洗涤，将滤饼分散于溶液C中，搅拌1～3h，抽滤，洗涤，将滤饼分散于丙酮中，搅拌1～3h，抽滤，洗涤，滤饼干燥后，即得单层锌铝水滑石；本发明制备方法简单，可以得到晶型较好的单层水滑石；利用水滑石层间阴离子可交换性的特点，采用先扩大层间距，再进行层板剥离的方法，大大减小了板层剥离的时间。

Description

一种单层锌铝水滑石的制备方法
(一)技术领域
本发明涉及催化技术领域，特别涉及一种单层锌铝水滑石的制备方法。
(二)背景技术
水滑石(LDHs)是一类具有层状结构的阴离子性粘土材料，其通式为：[M2+ 1-xM3+ x(OH)2]x+(An-)x/n·mH2O，其中M2+为Mg2+，Ni2+，Cu2+，Zn2+等二价金属阳离子；M3+为Al3+，Cr3+，Fe3 +等三价金属阳离子；An-为阴离子，如CO3 2-，NO3 -，Cl-，SO4 2-等无机阴离子，且层间阴离子具有可调变性，通过离子交换法在层间引入不同的阴离子。此外，水滑石材料还具有“结构记忆”的特点，即单层水滑石和在一定温度下焙烧的水滑石分散于水溶液中可重新恢复水滑石的板层结构。
近年来，单层水滑石受到研究者的广泛关注。研究发现，单层水滑石LDH相比于传统水滑石材料，其表面暴露更加丰富的活性晶面、氧缺陷和位错，具有更高的催化性能。此外，单层水滑石还具备导电率高、结构稳定、载流子迁移速度快及比表面积大等特性，使得单层水滑石有着广阔的研究前景。
目前，单层水滑石最常用的制备方法为自上而下剥离分层的方法。即首先合成水滑石材料，而后分散到强极性的溶剂中进行剥离。常用的溶剂有丁醇、CCl4、甲苯、DMF-乙醇的混合溶液和甲酰胺等。但使用传统的溶剂进行剥离存在着剥离不充分，搅拌反应时间过长(2-7天)等缺点。
本发明利用水滑石层间阴离子可交换性能，先在水滑石层间引入尺寸较大的阴离子以扩大水滑石层间距，而后再分散于强极性溶剂中将水滑石板层进行剥离，最终可得到单层水滑石。
(三)发明内容
本发明旨在提供一种单层水滑石的制备方法。通过共沉淀的方法制备出硝酸根的水滑石，而后充分利用水滑石层间阴离子可交换性的特点，将层间的硝酸根转换为硼酸根，以扩大层间距。最后将硼酸根插层的水滑石分散于丙酮中进行剥离即可得到单层水滑石。
本发明的技术方案如下：
一种单层锌铝水滑石的制备方法，所述方法为：
(1)配制Zn(NO3)2·6H2O和Al(NO3)3·9H2O的混合溶液，记为溶液A；配制1～1.5mol/L的NaOH溶液，记作溶液B；配制0.5～2mol/L的硼酸溶液，记作溶液C；
用于配制溶液A、B、C的溶剂为重蒸水；
所述溶液A中，Zn2+和Al3+的物质的量之比为2～4：1，Al3+的浓度为1～10mol/L；
所述溶液A、溶液B、溶液C没有特殊的含义，记作“A”、“B”、“C”只是用于区分不同的溶液；
(2)惰性气体(例如N2)保护下，将溶液A和溶液B同时滴入反应容器，并保持体系的pH在7～10之间，滴完后继续搅拌30～60min，抽滤，洗涤，将滤饼分散于溶液C中，搅拌1～3h，抽滤，洗涤，将滤饼分散于丙酮中，搅拌1～3h，抽滤，洗涤，滤饼在50～80℃下干燥16～24h，即得单层锌铝水滑石(记为single layer ZnAl-LDHs)；
所述溶液A中Zn2+和Al3+合计物质的量与溶液B中NaOH、溶液C中硼酸的物质的量之比为9：3：1；
所述洗涤可用重蒸水。
本发明制得的单层锌铝水滑石可用于光催化降解反应，光催化CO2还原，分解水以及加氢反应中。
本发明的优点：
(1)制备方法简单，可以得到晶型较好的单层水滑石；
(2)利用水滑石层间阴离子可交换性的特点，采用先扩大层间距，再进行层板剥离的方法，大大减小了板层剥离的时间。
(四)附图说明
图1为实施例1的单层锌铝水滑石的XRD图；
图2为实施例2的单层结构恢复为锌铝水滑石的XRD图。
(五)具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例1：
一种单层锌铝水滑石材料的制备方法：
(1)取0.6mol的Zn(NO3)2·6H2O和0.3mol的Al(NO3)3·9H2O溶于100mL重蒸水，配成溶液A；
(2)取0.3mol的NaOH溶于200mL重蒸水中，配成溶液B；
(3)取0.1mol的硼酸溶于100mL重蒸水中，配成溶液C；
(4)在N2的保护下将溶液A和溶液B同时滴入圆底烧瓶，并保持溶液的pH为7-10之间；滴完后继续搅拌60min；
(5)搅拌结束后，将其进行抽滤，用200mL重蒸水洗涤至中性，再将滤饼分散于溶液C中，搅拌1h；
(6)将所得浆液进行抽滤、用200mL重蒸水洗涤至中性，将滤饼分散于100mL丙酮中，并搅拌2h；
(7)搅拌结束后进行抽滤，用200mL重蒸水洗涤至中性，并在80℃下烘干16h，即得到single layer ZnAl-LDHs。
实施例2：
(1)取0.01mol的Na2CO3溶于100mL去离子水中，配成溶液D；
(2)将制备的单层锌铝水滑石1g分散于溶液D中，并搅拌3h；
(3)将所得的浆液进行抽滤，用200mL重蒸水洗涤至中性，在80℃下烘干16h，即得到ZnAl-LDH-recover。
XRD表征
采用Shimadzu XRD-6000型X射线粉末衍射仪，其中各表征参数设置如下：Cu靶，Kα射线，λ为0.15405nm，角度范围5°～70°，扫描速度为4°/min。
从single layer ZnAl-LDHs的XRD谱图中可以看出，样品中未出现水滑石的(003)特征峰，表明单层水滑石的成功合成；此外，从ZnAl-LDH-recover的XRD图中可看到良好峰形的水滑石(003)、(006)和(009)特征峰，说明将single layer ZnAl-LDHs分散于Na2CO3溶液后，其恢复为水滑石的结构，进一步证明单层水滑石的合成。

Claims (3)

1.一种单层锌铝水滑石的制备方法，其特征在于，所述方法为：
(1)配制Zn(NO3)2·6H2O和Al(NO3)3·9H2O的混合溶液，记为溶液A；配制1～1.5mol/L的NaOH溶液，记作溶液B；配制0.5～2mol/L的硼酸溶液，记作溶液C；
所述溶液A中，Zn2+和Al3+的物质的量之比为2～4：1，Al3+的浓度为1～10mol/L；
(2)惰性气体保护下，将溶液A和溶液B同时滴入反应容器，并保持体系的pH在7～10之间，滴完后继续搅拌30～60min，抽滤，洗涤，将滤饼分散于溶液C中，搅拌1～3h，抽滤，洗涤，将滤饼分散于丙酮中，搅拌1～3h，抽滤，洗涤，滤饼在50～80℃下干燥16～24h，即得单层锌铝水滑石；
所述溶液A中Zn2+和Al3+合计物质的量与溶液B中NaOH、溶液C中硼酸的物质的量之比为9：3：1。
2.如权利要求1所述单层锌铝水滑石的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，用于配制溶液A、B、C的溶剂为重蒸水。
3.如权利要求1所述单层锌铝水滑石的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述洗涤采用重蒸水。
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