CN113830806A - 一种母液循环制备镁铝水滑石的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种母液循环制备镁铝水滑石的方法，包括以下步骤：S1、取用镁源和铝源加入至碳酸氢钠溶液中配成混合浆料。S2、将混合浆料恒温搅拌反应；S3、步骤S2反应结束后抽滤得到滤饼、滤液，通过滤饼得到镁铝水滑石。S4、向滤液通入CO2得碳酸氢钠溶液。S5、取用步骤S4得到的碳酸氢钠溶液并重复步骤S1‑S4。本发明操作步骤简单，成本低，无废液产生，所用所有液体均可循环重新参与反应且无副产物和废水产生，原子利用率高，符合绿色化学理念和国家环保要求。本发明所制备的镁铝水滑石产物具有原料来源广，粒径分布小、副产物少、纯度高、形貌规整、不含难除去的阴离子等特点。

Description

一种母液循环制备镁铝水滑石的方法
技术领域
本发明涉及镁铝水滑石制备方法领域，具体是一种母液循环制备镁铝水滑石的方法。
背景技术
镁铝水滑石是一种层状双氢氧化合物，因其结构的特点使得其在医药，水资源净化，高分子聚合物的热稳定剂等方面都具有重要应用。
据相关文献报道，天然镁铝水滑石（Mg6Al2CO3(OH)16·4H2O）主要存在乌拉尔山脉和挪威，且大多数与尖晶石混合，开采和提纯难度较高，故通常采用人工合成镁铝水滑石。目前镁铝水滑石的主要合成办法是共沉淀法。共沉淀法最显著的特点就是可以通过控制M2+和M3+的摩尔比、层间阴离子的类型、反应时间、温度和溶液的pH值来合成目标材料结构，应用非常广泛。但共沉淀法成核和晶化同时进行，产物粒径较大颗粒分布不均匀，加工难度较大；通常在合成过程中需要用镁盐溶液或者铝盐溶液作为反应原料，故不可避免的导致有大量碱性废液产生，且副产物较多，处理废液成本较大，不符合国家环保理念。
现有技术中，王晓卡等在《一种镁铝水滑石及制备镁铝水滑石的方法》的专利（申请号201611262309.3）中采用氧化镁、氢氧化铝、CO2以及催化剂催化制备水滑石，该方法在实验过程中首先需要将镁源等制成溶胶前驱体，并且需要将溶胶前驱体与酸溶液性物质接触反应，因此工艺过程繁琐，还会产生难以处理的废酸，不符合绿色化学理念。
现有技术中，王力耕等申请的《一种镁铝水滑石的制备方法》专利（申请号201210273420.8）中在制备过程中采用可溶性镁盐和铝盐分别作为镁源和铝源制备镁铝水滑石，该方法实验无用的副产物较多，原子利用率较低。
现有技术中，吴淑航等申请《镁铝碳酸根型水滑石的制备方法》的专利（申请号201710779683.9）通过催化剂催化镁源、铝源和CO2反应，该反应需要向反应釜内反复通入二氧化碳维持在0.7MPa，并且在反应过程中需要采用碱性催化剂，所使用的原料较多，操作过于繁琐，且该反应合成出的镁铝水滑石有氢氧化镁残留，纯度不高。
发明内容
本发明的目的是提供一种母液循环制备镁铝水滑石的方法，以解决现有技术镁铝水滑石制备方法存在的操作繁琐、原料成本高、有副产物和废液产生、制备出的成品纯度不高的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种母液循环制备镁铝水滑石的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、取用镁源和铝源，将镁源和铝源加入至碳酸氢钠溶液中配成混合浆料，其中：
镁源和铝源的物质的量之比为1:1~5:1；碳酸氢钠与铝源的物质的量浓度之比为1:2~3:1；混合浆料固含量为5%~12%；
S2、将步骤S1得到的混合浆料恒温搅拌反应，反应结束后抽滤得到滤饼、滤液；
S3、将步骤S2得到的滤饼进行洗涤、干燥，得到镁铝水滑石；
S4、向步骤S3得到的滤液通入CO2，得到碳酸氢钠溶液；
S5、取用步骤S4得到的碳酸氢钠溶液，并重复步骤S1-S4。
进一步的，步骤S4中，向得到的碳酸氢钠溶液中加入碳酸氢钠，使碳酸氢钠溶液的浓度符合步骤S1中的要求。
进一步的，步骤S4中，向碳酸氢钠溶液中加入的碳酸氢钠的添加量为0.01~0.05mol/L。
进一步的，步骤S1中，镁源和铝源的物质的量之比为2.5:1。碳酸氢钠与铝源的物质的量之比为1:1。最终得到的混合浆料的固含量为10%。
进一步的，步骤S2中，将混合浆料加入到水热反应釜中进行恒温搅拌反应，恒温搅拌反应的反应温度为100～200℃，水热反应时间为1～8h，搅拌速度为200～700r/min。其中，反应温度的最优值为140℃，反应时间的最优值为4h，搅拌速度的最优值为500r/min。
进一步的，步骤S3中，在60～90℃温度下对滤饼进行干燥。其中温度的最优值为80℃。
进一步的，步骤S4中，CO2通入的流速为15~100ml/min，通入的时间为0.5~8h。其中通入流速的最优值为50ml/min，通入时间的最优值为4h。
本发明是一种全新从母液循环制备镁铝水滑石的方法，本发明的反应表达式为：
Mg(OH)2+Al(OH)3+NaHCO3+H2O→Mg6Al2(OH)16CO3·4H2O+Na2CO3 （1），
Na2CO3+CO2+H2O→NaHCO3 （2），
反应（1）中碳酸氢钠参与反应并为反应提供碱性环境，氢氧化镁和氢氧化铝分别作为镁源和铝源。整个反应过程未引入除碳酸根或碳酸氢根离子以外的阴离子，故可以将（1）中的反应后的浆料抽滤，收集滤液并通入CO2，将反应（1）后的副产物Na2CO3按照反应（2）转化为NaHCO3，从而实现原料的循环使用，无废水排出，符合国家环保有关要求。
通过上述过程可以看出，本发明中无须将镁源和铝源另做处理，可直接用于参与制备镁铝水滑石，并且进行恒温搅拌反应即可，无须添加其他催化剂等，也无须采取其他措施。反应的副产物可直接制备成碳酸氢钠溶液，该碳酸氢钠溶液可作为母液用于下次采用本发明方法制备镁铝水滑石，因此本发明在制备镁铝水滑石时可形成母液循环，整个过程没有任何无用的副产物。
与现有技术相比，本发明的优点为：
本发明操作步骤简单，成本低，无废液产生，所用所有液体均可循环重新参与反应且无副产物和废水产生，原子利用率高，符合绿色化学理念和国家环保要求。本发明所制备的镁铝水滑石产物具有原料来源广，粒径分布小、副产物少、纯度高、形貌规整、不含难除去的阴离子等特点。
附图说明
图1是本发明实施例流程框图。
图2是本发明实施例1循环合成镁铝水滑石的XRD图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1
如图1所示，本实施例1过程如下：
步骤1.采用氢氧化铝作为铝源，用量是19.5g；采用氢氧化镁作为镁源，用量是36.25g；碳酸氢钠用量为21g，加入550ml去离子水，配置成浓度为0.36mol/L的碳酸氢钠溶液；然后将氢氧化铝、氢氧化镁加入碳酸氢钠溶液，由此配成镁铝比为2.5:1，固含量为10%的混合浆料。
步骤2.将步骤1得到的混合浆料加入到2L的水热反应釜中，水热升温至140℃，按搅拌转数500r/min搅拌反应4h。
步骤3.步骤2反应完毕后抽滤得到滤饼、滤液，其中将滤饼洗涤三次，然后在85℃下干燥10h，得到的产物即为镁铝水滑石。
步骤4.向步骤3得到的滤液按流速50ml/min通入CO2气体，并且通入时间持续2.5h，得到碳酸氢钠溶液。
步骤5.向步骤4得到的碳酸氢钠溶液中加入0.53g碳酸氢钠，使碳酸氢钠溶液的浓度符合步骤1的要求。
步骤6.重复步骤1-5。
实施例2
本实施例2与实施例1基本相同，不同的是本实施例2中CO2气体通入流速为25ml/min，通入时间为3h。本实施例2过程如下：
步骤1.采用氢氧化铝作为铝源，用量是19.5g；采用氢氧化镁作为镁源，用量是36.25g；碳酸氢钠用量为21g，加入550ml去离子水，配置成浓度为0.36mol/L的碳酸氢钠溶液；然后将氢氧化铝、氢氧化镁加入碳酸氢钠溶液，由此配成镁铝比为2.5:1，固含量为10%的混合浆料。
步骤2.将步骤1得到的混合浆料加入到2L的水热反应釜中，水热升温至140℃，按搅拌转数500r/min搅拌反应4h。
步骤3.步骤2反应完毕后抽滤得到滤饼、滤液，其中将滤饼洗涤三次，然后在85℃下干燥10h，得到的产物即为镁铝水滑石。
步骤4.向步骤3得到的滤液按流速25ml/min通入CO2气体，并且通入时间持续3h，得到碳酸氢钠溶液。
步骤5.向步骤4得到的碳酸氢钠溶液中加入0.53g碳酸氢钠，使碳酸氢钠溶液的浓度符合步骤1的要求。
步骤6.重复步骤1-5。
实施例3
本实施例3与实施例1基本相同，不同的是本实施例3中CO2气体通入流速为75ml/min，通入时间为1.5h。。本实施例3过程如下：
步骤1.采用氢氧化铝作为铝源，用量是19.5g；采用氢氧化镁作为镁源，用量是36.25g；碳酸氢钠用量为21g，加入550ml去离子水，配置成浓度为0.36mol/L的碳酸氢钠溶液；然后将氢氧化铝、氢氧化镁加入碳酸氢钠溶液，由此配成镁铝比为2.5:1，固含量为10%的混合浆料。
步骤2.将步骤1得到的混合浆料加入到2L的水热反应釜中，水热升温至140℃，按搅拌转数500r/min搅拌反应4h。
步骤3.步骤2反应完毕后抽滤得到滤饼、滤液，其中将滤饼洗涤三次，然后在85℃下干燥10h，得到的产物即为镁铝水滑石。
步骤4.向步骤3得到的滤液按流速75ml/min通入CO2气体，并且通入时间持续1.5h，得到碳酸氢钠溶液。
步骤5.向步骤4得到的碳酸氢钠溶液中加入0.53g碳酸氢钠，使碳酸氢钠溶液的浓度符合步骤1的要求。
步骤6.重复步骤1-5。
对上述实施例1的产物进行XRD测试，从图2中可以看出，上述实施例1所获得的产物的XRD衍射峰与国际衍射数据中心发布的No. 14-0196镁铝水滑石标准谱图一致且在11°，22°，34°分别对应（003）、（006）、（009）晶面，基线平稳，特征峰型尖锐且对称分布，说明结晶度高。且无明显杂质峰，说明合成的水滑石纯度高。
本发明所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (10)

1.一种母液循环制备镁铝水滑石的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、取用镁源和铝源，将镁源和铝源加入至碳酸氢钠溶液中配成混合浆料，其中：
镁源和铝源的物质的量之比为1:1~5:1；碳酸氢钠与铝源的物质的量之比为1:2~3:1；混合浆料固含量为5%~12%；
S2、将步骤S1得到的混合浆料恒温搅拌反应，反应结束后抽滤得到滤饼、滤液；
S3、将步骤S2得到的滤饼进行洗涤、干燥，得到镁铝水滑石；
S4、向步骤S3得到的滤液通入CO2，得到碳酸氢钠溶液；
S5、取用步骤S4得到的碳酸氢钠溶液，并重复步骤S1-S4。
2.根据权利要求1所述的一种母液循环制备镁铝水滑石的方法，其特征在于，步骤S4中，向得到的碳酸氢钠溶液中加入碳酸氢钠，使碳酸氢钠溶液的浓度符合步骤S1中的要求。
3.根据权利要求2所述的一种母液循环制备镁铝水滑石的方法，其特征在于，步骤S4中，向碳酸氢钠溶液中加入的碳酸氢钠的添加量为0.01~0.05mol/L。
4.根据权利要求1所述的一种母液循环制备镁铝水滑石的方法，其特征在于，步骤S1中，镁源为氢氧化镁、氧化镁中的任意一种或两种按任意比例的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种母液循环制备镁铝水滑石的方法，其特征在于，步骤S1中，铝源为氢氧化铝、氧化铝中的任意一种或两种按任意比例的混合物。
6.根据权利要求1所述的一种母液循环制备镁铝水滑石的方法，其特征在于，步骤S1中，镁源和铝源的物质的量之比为2.5:1。
7.根据权利要求1所述的一种母液循环制备镁铝水滑石的方法，其特征在于，步骤S1中，碳酸氢钠与铝源的物质的量之比为1:1。
8.根据权利要求1所述的一种母液循环制备镁铝水滑石的方法，其特征在于，步骤S2中，将混合浆料加入到水热反应釜中进行恒温搅拌反应，恒温搅拌反应的反应温度为100～200℃，水热反应时间为1～8h，搅拌速度为200～700r/min。
9.根据权利要求1所述的一种母液循环制备镁铝水滑石的方法，其特征在于，步骤S3中，在60～90℃温度下进行干燥。
10.根据权利要求1所述的一种母液循环制备镁铝水滑石的方法，其特征在于，步骤S4中，CO2通入的流速为15~100ml/min，通入的时间为0.5~8h。
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