阴离子层柱结构选择性红外吸收材料及制备方法

文档序号:3710912阅读:663来源:国知局
专利名称:阴离子层柱结构选择性红外吸收材料及制备方法
技术领域
本发明涉及一种阴离子层柱结构选择性红外吸收材料及其制备方法。
目前,国内外农膜中广为采用的红外吸收材料主要为滑石粉等天然无机产物,其红外吸收效果(膜的保温性)与可见光透过率等性能无法兼顾,滑石粉添加量少,红外吸收效果(膜的保温性)差,添加量大,则造成大幅度降低可见光的透过率。
近年来阴离子层状结构材料已成为国际上新兴的研究热点,阴离子层状材料其化学组成为[M2+1-xM3+x(OH)2]An-x/nmH2O,其中M2+和M3+为二价和三价金属离子,An-为n价负离子,其最为典型的结构特征是纳米量级的二维层板纵向有序排列形成三维晶体结构,层板内原子间为共价键合,层间为弱化学键,如离子键、氢键。层板骨架带有正电荷,层间为相反电荷离子与之平衡,整体呈电中性,层间离子具有可交换性,且层间距随层间离子大小不同呈规律性变化。层板化学组成、层间离子种类和数量、层间距等均可随设计要求而改变,因此可表现出不同且多样的物理化学性质,使其广泛应用于石油化工、医药、农业等行业中(见Cavani et al.的《Catal.Today》,1997,11:173)。由于这种材料在7-14μm波长(此为散热红外范围)范围内具有红外吸收性能,可作为选择性红外吸收材料,替代传统的保温剂,用于农膜等,提高保温效果。
但上述结构([M2+1-xM3+x(OH)2]An-x/nmH2O)的阴离子层状材料在7-14μm波长范围内,存在红外吸收范围固定和在选择性红外吸收范围内存在缺陷及红外吸收性能低的弱点,限制了这一无机非金属晶体材料的广泛应用。
本发明的目的提供一种阴离子层柱结构选择性红外吸收材料及其制备方法,使其较传统的红外吸收材料在7-14μm波长范围内,具有更高的选择性红外吸收性能和选择性红外吸收可调变性能,以适合不同的使用条件。
本发明的发明要点一种阴离子层柱结构选择性红外吸收材料,其化学组成和结构为[M(Ⅱ)1-xM(Ⅲ)x(OH)2]An1-a/nBn2-b/nmH2O,其中M(Ⅱ)为二价金属离子,M(Ⅲ)为三价金属离子,An1-和Bn2-为不同的阴离子或阴离子基团,n1、n2=1-3,a+b=x,0<a/b≤1,0.15≤x≤0.5,m通常为1-20。其为层柱结构,层板为M(Ⅱ)和M(Ⅲ)的氢氧化物,层间支撑柱为An1-和Bn2-。
上述二价金属离子M(Ⅱ)为Mg2+Zn2+Cu2+Ni2+Fe2+Mn2+Ca2+中的任何一种,三价金属离子M(Ⅲ)为Al3+Cr3+Fe3+V3+Co3+Ga3+Ti3+中的任何一种,An1-为Cl-CO32-NO3-中的任何一种,Bn2-为F-Br-I-SO42-ClO3-OH-H2PO4-WO42-有机磺酸阴离子中的任何一种。
上述阴离子层柱结构选择性红外吸收材料的制备方法,具体步骤为A将可溶性可溶性二价无机金属盐和可溶性三价无机金属盐配制成混合盐溶液,二价金属离子的摩尔浓度为0.2-2.5M,三价金属离子的浓度为0.1-1.25M;B将步骤A中的混合盐溶液与碱溶液混合,得到pH值为8.5-13的浆液,步骤A两种盐或步骤B碱溶液中至少有一种含有An1-;C将步骤B所得浆液在70-120℃下搅拌晶化2-24小时后;加入含有Bn2-的酸溶液,调节pH值为4.5-7.5,搅拌2-10小时,然后过滤、洗涤、干燥收集产物。
步骤B中的碱溶液最好为氢氧化钠、氨水、碳酸钠、尿素中任何一种或它们的混合溶液。
本发明根据阴离子层柱结构材料组成和结构的可调变性特点,利用插层化学原理,通过改变原料种类和调节原料组成、浓度、比例、晶化温度、溶液pH值、晶化时间、加料顺序等方法组装出具有优良选择性红外吸收性能的阴离子层柱材料,材料晶粒分布均匀和细小,与传统的阴离子层状材料相比,本发明所制备的高选择性红外吸收阴离子层柱材料具有更高的选择性红外吸收性能和适用范围广泛等优点。同时本发明的制备方法工艺简单、设备投资少、生产时间短、能耗低、无环境污染。本发明提供的技术还可用于合成不同组成和结构的阴离子层柱结构选择性红外吸收材料。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述

图1:Mg4Al2(OH)12·CO3·mH2O的红外吸收谱2:Mg4Al2(OH)12·(CO3)0.4(SO4)0.6·mH2O(实施例1)的红外吸收谱图实施例1镁铝-碳酸根和硫酸根阴离子层柱材料的合成选取1.6摩尔硫酸镁和0.8摩尔硫酸铝配成1升盐溶液,取4.8摩尔NaOH和2.5摩尔Na2CO3配成1升碱溶液,将两溶液混合,混合浆液pH=11.0,混合浆液在100℃晶化4小时,加入硫酸至浆液pH=7,再晶化2小时,过滤,洗涤、干燥,得到的产物为Mg4Al2(OH)12·(CO3)0.4(SO)0.6·mH2O。产物晶相结构良好,粒径0.2μ,粒子分布(粒径=0.2μ)大于99%,红外吸收率大于85%。
实施例2锌铝-碳酸根和硫酸根阴离子层柱材料的合成选取1.0摩尔硫酸锌和0.5摩尔硫酸铝配成1升盐溶液,取4摩尔NaOH和1.5摩尔Na2CO3配成1升碱溶液,将两溶液混合,混合浆液pH=10.0,混合浆液在80℃晶化时间20小时,加入硫酸至浆液pH=6.8,再晶化12小时,过滤,洗涤、干燥。得到的产物为Zn4Al2(OH)12·(CO3)0.5(SO4)0.5·mH2O。产物晶相结构良好,粒径0.3μ,粒子分布(粒径=0.3μ)大于99%,红外吸收率大于85%。
实施例3钴铝-硝酸根和硫酸根阴离子层柱材料的合成选取1.2摩尔硝酸钴和0.4摩硝酸铝配成1升盐溶液,取3.5摩尔NaOH配成1升碱溶液,将两溶液混合,混合浆液pH=9.5,将混合浆液在140℃晶化时间6小时,加入硫酸至浆液pH=6.5,再晶化4小时,过滤,洗涤、干燥。得到的产物为Co6Al2(OH)16·(NO3)0.2(SO4)0.8·mH2O。产物晶相结构良好,粒径0.3μ,粒子分布(粒径=0.3μ)大于99%,红外吸收率大于90%实施例4镍铝-硝酸根和磺酸根阴离子层柱材料的合成选取2.2摩尔硝酸镍和1.1摩尔硝酸铝配成1升盐溶液,取8.5摩尔NaOH配成1升碱溶液,将两溶液混合,混合浆液pH=9,将混合浆液在100℃晶化时间6小时,加入磺酸至浆液pH=6.7,再晶化4小时,过滤,洗涤、干燥。得到的产物为Ni4Al2(OH)12·(NO3)0.4(A)0.6·mH2O,A为磺酸根。产物晶相结构良好,粒径0.3μ,粒子分布(粒径=0.3μ)大于99%,红外吸收率大于90%。
实施例5锰铝-硝酸根和苯磺酸根阴离子层柱材料的合成选取1.6摩尔硝酸锰和0.8摩尔硝酸铝配成1升盐溶液,取9摩尔NaOH配成1升碱溶液,将两溶液混合,混合浆液pH=9,将混合浆液在80℃晶化时间24小时,加入苯磺酸至浆液pH=5.0,再晶化2小时,过滤,洗涤、干燥。得到的产物为Mn4Al2(OH)12·(NO3)0.1(B)0.9·mH2O,B为苯磺酸根。产物晶相结构良好,粒径0.3μ,粒子分布(粒径=0.3μ)大于99%,红外吸收率大于90%。
实施例6锌镁铝-碳酸根和硫酸根阴离子层柱材料的合成选取0.8摩尔氯化镁和0.8摩尔氯化锌(镁和锌的摩尔组成可在0-1范围调变)及0.8摩尔氯化铝配成1升盐溶液,取4.8摩尔NaOH和1.2摩尔Na2CO3配成1升碱溶液,将两溶液混合,混合浆液pH=12,将混合浆液在100℃晶化时间4小时,加入硫酸至浆液pH=7,再晶化4小时,过滤,洗涤、干燥。得到的产物为Mg2Zn2Al2(OH)12·(NO3)0.3(SO4)0.7·mH2O。产物晶相结构良好,粒径0.3μ,粒子分布(粒径=0.3μ)大于99%,红外吸收率大于85%。
权利要求
1.一种阴离子层柱结构选择性红外吸收材料,其化学组成和结构为[M(Ⅱ)1-xM(Ⅲ)x(OH)2]An1-a/nBn2-b/nmH2O,其中M(Ⅱ)为二价金属离子,M(Ⅲ)为三价金属离子,An1-和Bn2-为不同的阴离子或阴离子基团,n1、n2=1-3,a+b=x,a/b=0-1,0.15≤x≤0.5,m=1-20,其为层柱结构,层板为M(Ⅱ)和M(Ⅲ)的氢氧化物,层间支撑柱为An1-和Bn2-。
2.根据权利要求1的红外吸收材料,其特征是M(Ⅱ)为Mg2+Zn2+Cu2+Ni2+Fe2+Mn2+Ca2+中的任何一种,M(Ⅲ)为Al3+Cr3+Fe3+V3+Co3+Ga3+Ti3+中的任何一种,An1-为Cl-CO32-NO3-中任何一种,Bn2-为F-Br-I-SO42-ClO3-OH-H2PO4-WO42-有机磺酸阴离子中的任何一种。
3.权利要求1或2所述红外吸收材料的制备方法,具体步骤为A将可溶性二价无机金属盐和可溶性三价无机金属盐配制成混合盐溶液,二价金属离子的摩尔浓度为0.2-2.5M,三价金属离子的摩尔浓度为0.1-1.25M;B将步骤A中混合盐溶液与碱溶液混合,得到pH值为8.5-13的浆液,步骤A两种盐或步骤B碱溶液中至少有一种含有An1-;C将步骤B所得浆液在70-120℃下搅拌2-24小时后;加入含有Bn2-的酸溶液,调节pH值为4.5-7.5,搅拌2-10小时,然后过滤、洗涤、干燥收集产物。
4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征是步骤B中的碱溶液为氢氧化钠、氨水、碳酸钠、尿素中任何一种或它们的混合溶液。
全文摘要
本发明涉及阴离子层柱结构选择性红外吸收材料及制备方法。本发明根据阴离子层状材料组成和结构的可调变性特点,利用插层化学原理,通过改变原料种类和调节原料组成、浓度、比例、晶化温度、溶液pH值、晶化时间、加料顺序等组装出具有优良选择性红外吸收性能和选择性红外吸收范围可调的阴离子层柱材料([M(Ⅱ)
文档编号C09K3/00GK1315481SQ0010355
公开日2001年10月3日 申请日期2000年3月27日 优先权日2000年3月27日
发明者段雪, 矫庆泽, 郭灿雄, 李蕾, 李峰, 何静 申请人:北京化工大学
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