专利名称：一种分层花型贝壳粉基镍铝水滑石的合成方法
技术领域：
本发明专利属于功能材料领域，特别涉及一种水滑石的制备方法。
背景技术：
阴离子型层状材料以水滑石类化合物为主(Layered Double Hydroxides,LDHs) ο水滑石类化合物包括水滑石(Hydrotalcite)和类水滑石(Hydrotalcite likecompound)，其主体一般由两种金属的氢氧化物构成，因此又称为层状双羟基复合金属氢氧化物(Layered Double Hydroxides,简写为LDHs)。LDH的插层化合物称为插层水滑石。水滑石、类水滑石和插层水滑石统称为水滑石类插层材料。二十世纪90年代以来，LDHs在催化材料、生物、电子、吸波和环保等领域得到了广泛应用并显示出巨大的应用前景。目前报道的层状水滑石材料的制备方法主要有共沉淀和水热法，也有利用微波辅助制备类水滑石材料的报道。共沉淀法制备的材料颗粒尺寸不均匀，易形成不规则的石头状结构，比表面积小，理化性能差。水热方法制备的材料尺寸均匀，但是水热法需要较高的温度和反应时间(一般在200°C左右，反应24小时)，消耗大量的能量。微波合成方法主要利用微波的辐射作用，反应温度低，时间短，节约能耗。现有的微波合成方法中大都是制备单一片状水滑石材料，三维结构的水滑石材料鲜有报道。目前采用动植物纤维为模板制备纳米催化剂具有很好的发展前景。在生物界，动植物作为一个重要的部分，其大小、形态、结构、生理功能、遗传变异、生活习性、地理分布、对环境的作用及与人类的关系各不相同，表现出丰富多样性的特征，由于动植物分子形态多种多样，同时生物分子具有完善且严格的分子识别功能，可以对粒子的尺寸、形态及其分布进行精确调控。但目前还没有采用动植物纤维制备水滑石的报导
发明内容
本发明的目的在于提供一种操作简单、合成时间短、结晶度度高的分层花型贝壳粉基镍铝水滑石的合成方法。本发明主要是利用天然贝壳粉为支撑材料，对镍铝和贝壳粉进行微波处理，制备出具有较高的结晶度和片层花状形貌的三维花型贝壳粉基镍铝水滑
O本发明的合成方法如下:(I)原料:带结晶水的硝酸镍、带结晶水的硝酸铝、尿素和贝壳粉。(2)在室温下，按硝酸镍:硝酸铝的摩尔比为2:1的比例，搅拌溶解于蒸馏水中，每IOOml蒸懼水加入20g硝酸盐,超声频率40Hz,超声分散10 15min,配成溶液A ;以尿素为沉淀剂，按尿素:硝酸盐的摩尔比为2 4:1，将尿素和贝壳粉溶于去离子水中，尿素:贝壳粉的质量比为0.5 4:1，每IOOml去离子水加入尿素和贝壳粉10 16g，超声频率40Hz，进行超声分散10 15min,配成溶液B。(3)将上述A、B两种溶液加入到反应器中，保证溶液总体积在200mL，体积不足200mL，用蒸馏水补加，在氮气保护下微波处理，反应温度90 120°C，处理时间I 2.5h，处理功率300W 500W。(3)反应结束后，自然冷却到室温，过滤，用去离子水洗涤至中性，放入烘箱中70 80°C下干燥10 12h，研磨后得到花状贝壳粉基镍铝水滑石。贝壳粉的层状结构对水滑石的形成起到支撑作用，同时尿素水解形成的片层状水滑石自组装成花型微球。本发明与现有技术相比具有如下优点:1、操作简单，合成时间短，降低了成本。2、合成的水滑石结晶度高，其吸附氟离子的性能强，吸附10mg/L的氟溶液去除率达到98.13%，吸附后溶液可以达到饮用水中的氟离子标准。
图1为本发明实施例2合成的分层花型贝壳粉基镍铝水滑石的粉末X射线衍射图。图2为天然贝壳粉的扫描电镜图。图3为本发明实施例2合成的分层花型贝壳粉基镍铝水滑石的扫描电镜图。图4为本发明实施例2合成的分层花型贝壳粉基镍铝水滑石吸附水中氟离子的去除率与吸附时间的关系。图5为本发明实施例2合成的分层花型贝壳粉基镍铝水滑石的透射电镜图。
具体实施例方式实施例1:在室温下，取5.816g Ni (NO3)2 *6H20,3.751g Al (NO3)3 *9H20 溶解于 48ml 蒸馏水中，超声频率40Hz，超声lOmin，配成溶液A ;取3.604g尿素和7.207g贝壳粉溶解于IOOmL水中，超声分散lOmin，超声频率40Hz，配成溶液B。将上述A、B两种溶液加入到反应器中，用蒸馏水将溶液的总体积补加到200mL，在氮气保护下微波处理，反应温度90°C，处理时间lh，处理功率300W。反应结束后，自然冷却到室温，过滤，用去离子水洗涤至中性，放入烘箱中70°C下干燥12h，研磨后得到花状贝壳粉基镍铝水滑石。实施例2:在室温下，取8.724g Ni (NO3)2 *6H20, 5.627g Al (NO3) 3 *9H20 溶解于 75ml 蒸馏水中，超声频率40Hz，超声15min，配成溶液A ;取8.108g尿素和3.892g贝壳粉溶解于IOOmL水中，超声分散15min，超声频率40Hz，配成溶液B。将上述A、B两种溶液加入到反应器中，用蒸馏水将溶液的总体积补加到200mL，在氮气保护下微波处理，反应温度100°C，处理时间2h，处理功率300W。反应结束后，自然冷却到室温，过滤，用去离子水洗涤至中性，放入烘箱中80°C下干燥10h，研磨后得到花状贝壳粉基镍铝水滑石。如图1 所示，在 20 等于 11.08° ,22.46° ,34.60。,60.44。,61.60。的衍射峰与水滑石的(003)，(006)，(012)，(110)，(113)特征衍射峰相符合，说明该方法合成的水滑石为典型的菱形片状镍铝水滑石。所有衍射峰尖锐，表面形成的水滑石结晶度高，结构更有序。从图2可以看出贝壳粉为片层结构，这为水滑石的形成提供支撑作用。如图3所示，可以看出材料为三维花状微球，表面光滑，微球尺寸2-10 μ m，由二维的水滑石纳米片自组装而成。从图4可以看出利用合成的分层花型贝壳粉基镍铝水滑石作为吸附剂，对水中的氟离子有很高的去除效果，对于10mg/L的氟溶液，去除率达到98.13%，吸附后溶液中氟离子浓度可达到0.187mg/L，达到直接饮用水的标准，是有效的吸附剂。如图5所示，显示三维花状形貌由二维片层水滑石片自组装而成，结构清晰，与SEM分析相一致，显示了花状立体结构。实施例3:在室温下，取2.908g Ni (NO3)2.6Η20，1.876g Al (NO3)3.9Η20 溶解于 25ml 蒸馏水中，超声频率40Hz，超声15min，配成溶液A ;取3.604g尿素和6.396g贝壳粉溶解于IOOmL水中，超声分散15min，超声频率40Hz，配成溶液B。将上述A、B两种溶液加入到反应器中，用蒸馏水将溶液的总体积补加到200mL，在氮气保护下微波处理，反应温度90°C，处理时间
2.5h，处理功率500W。反应结束后，自然冷却到室温，过滤，用去离子水洗涤至中性，放入烘箱中80°C下干燥10h，研磨后得到花状贝壳粉基镍铝水滑石。实施例4:在室温下，取11.63g Ni (NO3)2.6Η20，7.503g Al (NO3) 3.9Η20 溶解于 95ml 蒸馏水中，超声频率40Hz，超声12min，配成溶液A ;取10.81g尿素和2.703g贝壳粉溶解于IOOmL水中，超声分散12min，超声频率40Hz，配成溶液B。将上述A、B两种溶液加入到反应器中，用蒸馏水将溶液的总体积补加到200mL，在氮气保护下微波处理，反应温度110°C，处理时间1.5h，处理功率400W。反应结束后，自然冷却到室温，过滤，用去离子水洗涤至中性，放入烘箱中70°C下干燥12h，研磨即得到花状贝壳粉基镍铝水滑石。实施例5:在室温下，取4.653g Ni (NO3)2.6Η20，3.0Olg Al (NO3) 3.9Η20 溶解于 40mL 蒸馏水中，超声频率40Hz，超声lOmin，配成溶液A ;取5.766g尿素和4.234g贝壳粉溶解于IOOmL水中，超声分散lOmin，超声频率40Hz，配成溶液B。将上述A、B两种溶液加入到反应器中，用蒸馏水将溶液的总体积补加到200mL，在氮气保护下微波处理，反应温度100°C，处理时间2h，处理功率500W。反应结束后，自然冷却到室温，过滤，用去离子水洗涤至中性，放入烘箱中75°C下干燥llh，研磨后得到花状贝壳粉基镍铝水滑石。实施例6:在室温下，取10.47g Ni (NO3)2.6Η20，6.752g Al (NO3)3.9Η20 溶解于 85mL 蒸馏水中，超声频率40Hz，超声12min，配成溶液A;取9.729g尿素和6.271g贝壳粉溶解于IOOmL水中，超声分散12min，超声频率40Hz，配成溶液B。将上述A、B两种溶液加入到反应器中，用蒸馏水将溶液的总体积补加到200mL，在氮气保护下微波处理，反应温度120°C，处理时间2.5h，处理功率500W。反应结束后，自然冷却到室温，过滤，用去离子水洗涤至中性，放入烘箱中80°C下干燥10h，研磨后得到花状贝壳粉基镍铝水滑石。
权利要求
1.一种分层花型贝壳粉基镍铝水滑石的合成方法，其特征在于: (1)原料为带结晶水的硝酸镍、带结晶水的硝酸铝、尿素和贝壳粉； (2)在室温下，按硝酸镍:硝酸铝的摩尔比为2:1的比例，搅拌溶解于蒸馏水中，每IOOml蒸懼水加入20g硝酸盐,超声频率40Hz,超声分散10 15min,配成溶液A ;以尿素为沉淀剂，按尿素:硝酸盐的摩尔比为2 4:1，将尿素和贝壳粉溶于去离子水中，尿素:贝壳粉的质量比为0.5 4:1，每IOOml去离子水加入尿素和贝壳粉10 16g，超声频率40Hz，进行超声分散10 15min,配成溶液B ； (3)将上述A、B两种溶液加入到反应器中，保证溶液总体积在200mL，体积不足200mL，用蒸馏水补加，在氮气保护下微波处理，反应温度90 120°C，处理时间I 2.5h，处理功率 300W 500W ； (4)反应结束后，自然冷却到室温，过滤，用去离子水洗涤至中性，放入烘箱中70 80°C下干燥10 12h，研磨后得到花状贝壳粉基镍铝水滑石。
全文摘要
一种分层花型贝壳粉基镍铝水滑石的合成方法，其按硝酸镍硝酸铝的摩尔比为2:1的比例，搅拌溶解于蒸馏水中，超声分散10～15min，配成溶液A；将尿素和贝壳粉溶于去离子水中，超声分散10～15min，配成溶液B；将上述A、B两种溶液加入到反应器中，在氮气保护下微波处理，反应温度90～120℃，处理时间1～2.5h，处理功率300W～500W；反应结束后，自然冷却到室温，过滤，用去离子水洗涤至中性，放入烘箱中70～80℃下干燥10～12h，研磨后得到花状贝壳粉基镍铝水滑石。本发明操作简单、合成时间短、成本低，合成的水滑石结晶度高，其吸附氟离子的性能明显加强。
文档编号C01G53/04GK103145202SQ20131008419
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月18日 优先权日2013年3月18日
发明者李秋荣, 卢弘骁, 肖海燕, 王然然, 段宁静 申请人:燕山大学