采用菱镁矿制备多元纳米水滑石的方法
【技术领域】
[0001]本发明属多元纳米水滑石制备方法领域，尤其涉及一种采用菱镁矿制备多元纳米水滑石的方法。
【背景技术】
[0002]菱镁矿是辽宁省的优势资源之一，辽宁菱镁矿储量占世界的1/4，但菱镁矿产业却处于“一等原料，二等加工，三等产品，四等价格”的状况。因此，必须重视镁质化工产品的研制和开发，拓展镁质材料在农业、建材等领域的应用，加快镁质材料行业技术创新步伐，开发具有自主知识产权的新材料、新产品。
[0003]水滑石类化合物(简写为LDHs)是一类具有广阔应用前景的阴离子层状化合物，层板内阳离子和层间阴离子具有可交换性，有特殊的的记忆功能，具有一定的弱碱性，是一类具有实际应用价值的层状材料，受到了工业和学术研宄的广泛关注。以水滑石类材料为原料所得到的衍生复合氧化物作为固体酸碱催化剂、氧化还原催化剂和催化剂载体得到了日益增长的关注。同时水滑石类化合物在水体污染治理中作为高效阴离子吸收剂和催化载体得以利用，并展现出良好应用前景。特别是在纳米复合材料的研宄中，水滑石作为一种常见的纳米层状材料而被广泛应用。现有研宄中，采用天然菱镁矿矿粉仅合成过二元镁铝纳米水滑石。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种采用菱镁矿制备多元纳米水滑石的方法，该方法工艺路线简单，成本低廉，能充分利用菱镁矿粉尘，易于实现工业化生产。
[0005]为解决上述技术问题，本发明是这样实现的。
[0006]一种采用菱镁矿制备多元纳米水滑石的方法，可按如下步骤依次进行:
(1)将研磨过筛的天然菱镁矿经焙烧后制得氧化镁；
(2)将所得氧化镁与硝酸反应制得硝酸镁；
(3)再向所制硝酸镁溶液中加入二价或三价金属离子的硝酸盐及尿素制得溶液I;
(4)将溶液I在油浴102?110°C，温度在90?100°C条件下，持续搅拌10?12小时，控制转速在200?400r/min，获得溶液II ；
(5)将溶液II放入真空干燥箱中，温度控制在90?95°C，静态晶化16?20h；
(6)将步骤(5)所得溶液进行抽滤，并用去离子水对抽滤后的固体产物进行多次洗涤，至洗涤液澄清为止，获得固体产物III ;
(7)将固体产物III置入真空干燥箱中进行干燥，温度控制在90?95°C，时间15?
20h ；
(8)干燥后的固体产物III经研磨后即得目的产物多元纳米水滑石。
[0007]作为一种优选方案，本发明所述M( II )为Mg、Zn或Ni离子等；所述M(III)为Al、Fe或Co离子等。
[0008]进一步地，本发明步骤(I)所述天然菱镁矿为天然产出的菱镁矿矿石；其中:MgCO3S 96%，杂质含量彡4%。
[0009]进一步地，本发明所述步骤(3)中，尿素与硝酸根的摩尔比η(尿素:硝酸根)=1?4 ;溶液中Μ( II )与M(III)的摩尔比η[Μ( II ):Μ( III) ]=1?4 ;其中:Μ( II )为二价金属离子;M( III)为三价金属离子。
[0010]进一步地，本发明所述步骤(2)中硝酸溶液的浓度为3?9mol/L。
[0011]本发明充分利用天然菱镁矿富镁的特点，其制备方法简单，成本低，通过合理的工艺设计和优化原料配比，能有效利用菱镁矿的粉尘，在资源深加工与综合利用方面效果明显，同时易于实现工业化生产。
【附图说明】
[0012]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步说明书。本发明的保护范围不仅局限于下列内容的表述。
[0013]图1 为本发明 n(尿素 / 硝酸根)=3 时，n(Zn:Mg:A1)=1:1:1 和 η (Mg: Al) =2:1 的水滑石XRD谱图。
[0014]图2-1及图2-2为本发明三元Zn-Mg-Al水滑石的SEM图。
[0015]图3为本发明η(尿素/硝酸根)=3时，n(Zn:Mg:Al:Fe)=2:2:1:1的水滑石XRD谱图。
[0016]图4-1及图4-2为本发明四元Zn-Mg-Al-Fe水滑石的SEM图。
【具体实施方式】
[0017]实施例1。
[0018]本实施例中用天然菱镁矿制备Zn-Mg-Al水滑石的具体步骤为:
(1)将天然菱镁矿矿石破碎、磨细在马弗炉煅烧主要得氧化镁；
(2)将取煅烧后的菱镁矿6.25g (含Mg约0.15mol)与6mol/L硝酸50ml反应得硝酸镁，并抽滤得滤液(硝酸镁);
(3)将所制硝酸镁与硝酸锌、硝酸铝及尿素按如下摩尔比:n[(Mg+Zn)/Al]=2;n(尿素/ 硝酸根)=3，n(Mg/Zn)=l，加 44.62gZn (NO3)2.6Η20、56.2695g Al (NO3) 3.9H20、尿素 189g和去离子水200ml混合得溶液I ;
(4)将溶液I移至密闭容器I中，在油浴105°C左右，控制体系在90-100°C之间，持续搅拌11小时，控制转速在300r/min，获得溶液II ；
(5)将溶液II转入容器II中，放入真空干燥箱中，控制温度在95°C，静态晶化18h；
(6)将溶液II进行抽滤，并用去离子水对抽滤后固体产物进行多次洗涤，至洗涤液澄清为止，获得固体产物III;
(7)对固体产物III放在真空干燥箱进行干燥:控制温度90°C，时间18h;
(8)干燥后的固体产物III研磨得Zn-Mg-Al水滑石粉。
[0019]参见图1，可以明显能够看到三元Zn-Mg-Al-LDH水滑石最高的衍射峰要比二元Mg-Al水滑石的衍射峰高，说明该法合成的三元Zn-Mg-Al水滑石比二元Mg-Al水滑石的结晶程度好。
[0020]从图2中可以看出三元Zn-Mg-Al水滑石的粒径非常小，大约在20nm左右，为层片状结构，而且其整体像花瓣一样。
[0021]实施例2。
[0022]本实施例中用天然菱镁矿制备Zn-Mg-Al-Fe水滑石的具体步骤为:
(1)将天然菱镁矿矿石破碎、磨细在马弗炉煅烧主要得氧化镁；
(2)将取煅烧后的菱镁矿6.25g (含Mg约0.15mol)与6mol/L硝酸50ml反应得硝酸镁，并抽滤得滤液(硝酸镁);
(3)将所制硝酸镁与硝酸锌、硝酸铝、硝酸铁及尿素按如下摩尔比:n[(Mg+Zn)/(Al+Fe)]=2 ;n (尿素 / 硝酸根)=3 ；n(Mg/Zn) =1 ；n(Al/Fe) =1 加 44.6235gZn (NO3)2.6Η20、28.1250g Al (NO3) 3.9Η20、30.3015gFe (NO3)3.9Η20、尿素 189g 和去离子水 200ml 混合得溶液I ;
(4)将溶液I移至密闭容器I中，在油浴105°C左右，控制体系在90-100°C之间，持续搅拌11小时，控制转速在300r/min，获得溶液II ；
(5)将溶液II转入容器II中，放入真空干燥箱中，控制温度在95°C，静态晶化18h；
(6)将溶液II进行抽滤，并用去离子水对抽滤后固体产物进行多次洗涤，至洗涤液澄清为止，获得固体产物III;
(7)对固体产物III放在真空干燥箱进行干燥:控制温度90°C，时间18h;
(8)干燥后的固体产物III研磨得Zn-Mg-Al-Fe水滑石粉。
[0023]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种采用菱镁矿制备多元纳米水滑石的方法，其特征在于:按如下步骤依次进行: (1)将研磨过筛的天然菱镁矿经焙烧后制得氧化镁； (2)将所得氧化镁与硝酸反应制得硝酸镁； (3)再向所制硝酸镁溶液中加入二价或三价金属离子的硝酸盐及尿素制得溶液I; (4)将溶液I在油浴102?110°C，温度在90?100°C条件下，持续搅拌10?12小时，控制转速在200?400r/min，获得溶液II ； (5)将溶液II放入真空干燥箱中，温度控制在90?95°C，静态晶化16?20h； (6)将步骤(5)所得溶液进行抽滤，并用去离子水对抽滤后的固体产物进行多次洗涤，至洗涤液澄清为止，获得固体产物III ; (7)将固体产物III置入真空干燥箱中进行干燥，温度控制在90?95°C，时间15?20h； (8)干燥后的固体产物III经研磨后即得目的产物多元纳米水滑石。2.根据权利要求1所述的采用菱镁矿制备多元纳米水滑石的方法，其特征在于:所述二价金属离子为Mg、Zn或Ni离子；所述三价金属离子为Al、Fe或Co离子。3.根据权利要求2所述的采用菱镁矿制备多元纳米水滑石的方法，其特征在于:步骤(I)所述天然菱镁矿为天然产出的菱镁矿矿石；其中:MgCO3S 96%，杂质含量< 4%。4.根据权利要求3所述的采用菱镁矿制备多元纳米水滑石的方法，其特征在于:所述步骤(3)中，尿素与硝酸根的摩尔比η(尿素:硝酸根)=1?4 ;溶液中M( II )与M(III)的摩尔比n[M( II ):M(III)]=1?4 ;其中:M( II )为二价金属离子;M(III)为三价金属离子。5.根据权利要求4所述的采用菱镁矿制备多元纳米水滑石的方法，其特征在于:所述步骤(2)中硝酸溶液的浓度为3?9mol/L。
【专利摘要】本发明属纳米水滑石制备方法领域，尤其涉及一种采用菱镁矿制备多元纳米水滑石的方法，可按如下步骤依次进行：（1）将天然菱镁矿经焙烧后制得氧化镁；（2）将氧化镁与硝酸反应制得硝酸镁；（3）再向硝酸镁溶液中加入二价或三价金属离子的硝酸盐及尿素制得溶液Ⅰ；（4）将溶液Ⅰ在油浴条件下，搅拌获得溶液Ⅱ；（5）将溶液Ⅱ放入真空干燥箱中，静态晶化；（6）将所得溶液进行抽滤，洗涤，至洗涤液澄清为止，获得固体产物Ⅲ；（7）将固体产物Ⅲ进行干燥；（8）干燥后的固体产物Ⅲ经研磨后即得目的产物。本发明成本低廉，能充分利用菱镁矿粉尘，易于实现工业化生产。
【IPC分类】C01G9/00, B82Y30/00
【公开号】CN104961150
【申请号】CN201510376531
【发明人】雷博林, 张悦, 张连红, 梁红玉, 顾贵洲
【申请人】辽宁石油化工大学
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年7月1日