磁性水滑石类复合材料及其制造方法_2

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氧体类物质的前体粒子或结晶粒子。
[0077] 尖晶石铁氧体是由下述组成式(2-1)所示。
[0078] AFe2〇4(2-1)
[0079] (式中,A为选自由附、211、(:11、111、(:〇及1%所组成的组的至少1种。)
[0080] 六方晶系铁氧体是由下述组成式(2-2)所示。
[0081 ]XFei2〇i9(2-2)
[0082](式中,X为选自由Sr、Ba及Pb所组成的组的至少1种。)
[0083 ]石榴石铁氧体是由下述组成式(2-3)所示。
[0084] RFe50i2 (2-3)
[0085] (式中,R为元素周期表中,第3族锕系元素除外的第4周期至第6周期的稀土类元 素。)
[0086](贵金属元素的负载)
[0087] 优选于外层,进一步使其负载选自由411、六8、1?11、?1:、1?11、11'、1?13、〇8及?(1所组成的组 的至少1种贵金属元素的盐0.2~5.0重量%作为贵金属元素。
[0088]〈磁性复合材料的制造方法〉
[0089] 磁性复合材料可通过调制内层的水滑石类化合物(步骤(1)),在所得的水滑石类 化合物中使铁氧体类化合物析出以制造前体(步骤(2)),将其烧制(步骤(3))而制造。
[0090] (步骤⑴)
[0091] 步骤(1)为将含有构成内层的水滑石类化合物的元素的金属盐与碱性溶液混合, 将溶液的pH值控制为7~11,于20~270°C的温度制造水滑石类化合物的步骤。
[0092] 作为构成内层的水滑石类化合物的2价金属离子(M2+)源,可使用可溶性金属盐。作 为可溶性金属盐,可举例如氯化物、硝酸盐、硫酸盐等。可举例如MgCl2、CaCl2、ZnCl2、FeCl2、 Mg(N〇3)2、Ca(N〇3)2、Zn(N〇3)2、Fe(N〇3) 2、MgS〇4、ZnS〇4、FeS〇4等。可溶性金属盐类化合物以外, 亦可利用氢氧化物、氧化物及金属粉末。例如亦可利用18〇、2]1〇、]\%(0!〇2、41(0!〇3、412〇3、金 属Zn粉末、金属A1、Mg粉末等。
[0093] 作为构成内层的水滑石类化合物的3价金属离子(M3+)源,可使用可溶性金属盐。作 为可溶性金属盐,可举例如氯化物、硝酸盐、硫酸盐等。可举例如A1C13、A1(N03)3、A12(S04)3 等。可溶性金属盐类化合物以外,亦可利用氧化物、金属、氢氧化物质。例如亦可利用金属A1 粉末、A1 (0H) 3、Al2〇3粉末、Fe2〇3粉末、金属Fe粉末等。
[0094]作为构成内层的水滑石类化合物的η价阴离子源,可举例如碳酸根离子(C0,)、硫 酸根离子(so,)、氯离子(cr)、硅酸根离子(SiO,)、磷酸根离子(Ρ〇43?、硝酸根离子 (Ν0Π、氢氧根离子(0『)等无机阴离子,甲基磷酸(CH3P〇42J等有机磷酸的盐,草酸根离子 (C2〇4q、甲酸根离子(HC0(T)、醋酸根离子(CH3C0(T)等的有机羧酸的盐,甲基磺酸(CH3S〇n 等有机磺酸的盐。作为盐,可举例如钠盐、钾盐、铵盐等。
[0095] 作为碱性溶液,可举例如NaOH、ΚΟΗ、ΝΗ3Η20等。将溶液的pH值控制为6~12进行反 应。pH值的下限优选为6.5、更优选为7。pH值的上限优选为11.5、更优选为11。
[0096] 2价金属(M2+)的可溶性盐与3价金属(M3+)的可溶性盐的比率,优选使所得水滑石 类化合物的M2+与M3+的原子比率成为1.0:1.0~6.0:1.0。
[0097] 反应可依湿式制造方法进行,其中适合利用共沉淀法、水热法或均匀沉降法等方 法。此外,通过这类方法,可以得到水滑石类化合物作为粉末状的粒子。
[0098] 反应温度优选为20~270°C、更优选40~200°C、还更优选60~180°C。
[0099] (步骤⑵)
[0100] 步骤(2)为在含有所得水滑石类化合物的浆料中,添加含有构成外层的铁氧体类 化合物的元素的金属盐的酸性溶液以及碱性溶液,将溶液的pH值控制为7~11,于40~250 °〇的温度形成外层,制造前体的步骤。
[0101] 作为含有构成外层的铁氧体类化合物的元素的金属盐,可使用可溶性金属盐。作 为可溶性金属盐,可举例如氯化物、氧化物等。可举例如FeCl3、MgCl2、Ni(N〇3)、ZnCl2、MgO、 211〇小6(从)3)3、211(吣3)2、]\%(勵3)2等。
[0102] 作为碱性溶液,可举例如NaOH、Κ0Η、NH3H20、Na2C〇3等。将溶液的pH值控制为7~12 进行反应。pH值的下限优选为8、更优选为LpH值的上限优选为11。
[0103] 反应温度优选为20~250°C、更优选40~200°C、还更优选60~180°C。
[0104]外层的铁氧体类化合物的前体或结晶化粒子,对内层的水滑石类化合物的前体或 结晶化粒子,通过络合物聚合法、共沉淀法、水热法或均匀沉降法等方法进行复合处理,而 可得到磁性复合材料粒子的前体。
[0105] 〈贵金属元素的负载〉
[0106] 在前体的外层,可进一步使其负载选自由Au、Ag、Ru、Pt、Rh、Ir、Rb、Os&P(^/|^_i^ 的组的至少1种贵金属元素的盐0.2~5.0重量%作为贵金属元素。
[0107](步骤⑶)
[0108]步骤(3)为将前体于200°C~800°C的温度范围进行烧制的步骤。烧制温度为200~ 1500°C、优选250~1300°C、更优选300~1100°C。烧制时间为1~30小时、优选1.5~20小时、 更优选2~15小时。其烧制气氛使用空气、氮气、氩气、氢气等,通常使用空气。
[0109]〈用途〉
[0110] 本发明的磁性复合材料可用于作为土壤、地下水或废水的有害物质的吸附剂。此 外,可使用作为电磁波吸收剂或紫外线吸收剂。
[0111] 吸附剂优选内层的水滑石类化合物的前体或结晶化粒子含有Al3+。
[0112] 电磁波吸收剂优选内层的水滑石类化合物的前体或结晶化粒子含有Fe3+。
[0113]实施例
[0114] 接着,通过实施例更详细说明本发明。但本发明并不限于以下实施例。关于适合吸 附剂的磁性复合材料由实施例1~13说明。
[0115] 实施例1
[0116] [MgFe204_Mg3Al(OH) 8C1 复合粒子的调制(5.0重量 % 复合)]
[0117] 〈内层水滑石的合成〉
[0118]将MgCl2·6H20-91.5g(0.45摩尔)及A1C13·6H20-36.22g(0.15摩尔)加入400毫升 去离子水中,调制含有Mg及A1的水溶液。接着,将此水溶液于40°C保持0.5小时后,历时20分 钟滴下3.50摩尔/升的NaOH液357.2毫升(1.25摩尔)。将此含有沉淀的液体保持为40°C并搅 拌1小时后,以1.0升容量的高压釜以170°C进行水热处理8小时后,滤出该沉淀、水洗,以185 °C干燥,得到水滑石类化合物粉末45g。
[0119] 由铜Κα射线的X射线衍射装置(RigakuX-RAYDIFFRACTOMETERRINT2200)进行分 析的结果,可确认所得粉末具有水滑石构造。此外,由荧光X射线测定装置(RigakuX-RAY SPECTROMETERRIX2000)进行分析的结果,所得粉末为以MgO换算计为44.47重量%^12〇3换 算计为18.7重量%、氯换算计为13.25重量%、由组成式Mg5.99Al2(0H)15.95(Cl)2.()()所示的Mg-Al类Cl型水滑石类化合物。
[0120]〈对内层水滑石的MgFe2〇4类粒子的复合处理〉
[0121] 将上述Mg-Al类Cl型水滑石类化合物的粉末20g加入至400毫升去离子水中,以40 °C分散 1 小时后,将含有MgCl2 · 6H20-1.02g(0.005摩尔)及FeCl3 · 6H20-2.70g(0.01 摩尔) 的250毫升水溶液与3.5摩尔/升的NaOH溶液11.43毫升(0.04摩尔)同时于搅拌下历时10分 钟以懦动栗添加至上述Mg-Al类C1型水滑石悬池液中。进而以350rpm予以搅拌下、以85°C进 行加热处理1小时后,将其沉淀滤出并水洗,以105°C干燥,得到Mg类磁性/Mg-Al类C1型水滑 石前体粉末21.5g。
[0122]〈烧制〉
[0123] 将上述Mg类磁性/Mg-Al类C1型水滑石前体粉末15g于空气气氛下,以500°C烧制2 小时,自然冷却后,得到11.2g的Mg类磁性/Mg-Al类C1型水滑石类化合物的复合粒子-样品 1〇
[0124] 实施例2
[0125] [MgFe204-Mg3Al(OH) 8C1 复合粒子的调制(30.0 重量 % 复合)]
[0126] 〈内层水滑石的合成〉
[0127] 与实施例1相同。
[0128] 〈对内层水滑石的MgFe2〇4类粒子的复合处理〉
[0129] 将上述Mg-Al类C1型水滑石粉末20g加入至400毫升去离子水中,以40°C分散1小时 后,将含有MgCl2 · 6H20-6.1g(0.03摩尔)及FeCl3 · 6H20-16.22g(0.06摩尔)的250毫升水溶 液与3.5摩尔/升的NaOH溶液68.57毫升(0.24摩尔)同时历时30分钟,以蠕动栗添加至上述 Mg-Al类C1型水滑石悬浊液中。其后以85°C进行加热处理1小时后,将其沉淀滤出并水洗,以 185°C干燥,得到Mg类磁性/Mg-Al类C1型水滑石前体粉末27.5g。由铜Κα射线的X射线衍射分 析的结果,可确认所得粉末具有水滑石构造。
[0130] 〈烧制〉
[0131] 将上述Mg类磁性/Mg-Al类C1型水滑石前体粉末20g于空气气氛下,以500°C烧制2 小时,自然冷却后,得到14.9g的Mg类磁性/Mg-Al类C1型水滑石类化合物的复合粒子-样品 2〇
[0132] 实施例3
[0133] [MgFe204_Mg3Al(OH) 8C1 复合粒子的调制(100.0 重量 % 复合)]
[0134] 〈内层水滑石的合成〉
[0135] 与实施例1相同。
[0136] 〈对内层水滑石的MgFe2〇4类粒子的复合处理〉
[0137] 将上述Mg-Al类C1型水滑石粉末20g加入至400毫升去离子水中,以40°C分散1小时 后,将含有MgCl2 · 6H20-20.33g((hl摩尔)及FeCl3 · 6H20-54.06g(0.2摩尔)的300毫升水溶 液与3.5摩尔/升的NaOH溶液228.57毫升(0.8摩尔)同时历时50分钟,以蠕动栗添加至上述 Mg-Al类C1型水滑石悬浊液中。其后以85°C进行加热处理1小时后,将其沉淀滤出并水洗,以 185°C干燥,得到Mg类磁性/Mg-Al类C1型水滑石前体粉末43.0g。由铜Κα射线的X射线衍射分 析的结果,可确认所得粉末具有水滑石构造。
[0138] 〈烧制〉
[0139] 将上述Mg类磁性/Mg-Al类C1型水滑石前体粉末20g于空气气氛下,以500°C烧制2 小时,自然冷却后,得到15.8g的Mg类磁性/Mg-Al类C1型水滑石类化合物的复合粒子-样品 3〇
[0140]实施例4
[0141] [MgFe204_Mg3Al(OH) 8C1复合粒子的调制(30.0重量 % 复合)]
[0142]于内层水滑石的合成中,除了将水热处理条件变更为120°C、8小时以外,与实施例 2同样地实施,得到样品4。
[0143]实施例5
[0144] [MgFe204_Mg3Al(OH) 8C1复合粒子的调制(30.0重量 % 复合)]
[0145]于内层水滑石的合成中,除了将水热处理条件变更为150°C、8小时以外,与实施例 2同样地实施,得到样品5。
[0146]实施例6
[0147] [MgFe204_Mg3Fe(OH) 8C1复合粒子的调制(5.0重量 % 复合)]
[0148] 于内层水滑石的合成中,与实施例5同样实施,将所得粉末20g加入400毫升去离子 水,以40°C分散 1 小时后,将含有MgCl2 · 6H20-1.02g(0.005摩尔)及FeCl3 · 6H20-2.70g (〇. 〇 1摩尔)的50毫升水溶液与3.5摩尔/升的NaOH溶液11.43毫升(0.04摩尔)同时历时30分 钟,以蠕动栗添加至上述Mg-Al类C1型水滑石悬浊液中。其后以85°C进行加热处理1小时后, 将其沉淀滤出并水洗,以185°C干燥,得到Mg类磁性/Mg-Al类C1型水滑石前体粉末21.25g。 由铜Κα
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