本发明涉及无机材料技术领域，具体地，涉及一种层状双金属氢氧化物ldh-cl-no3-so42-晶须及其制备方法和应用。
背景技术：
层状双金属氢氧化物(layereddoublehydroxide,ldh)是水滑石(hydrotalcite,ht)和类水滑石化合物(hydrotalcite-likecompounds,htlc)的统称，是一类重要的无机功能材料，具有催化、吸附、阻燃等功能，是一种环保型的多功能无机材料。
最典型的ldh是mg6al2(oh)16co3·4h2o，也称镁铝水滑石，如果此镁铝水滑石中的mg2+、a13+或co32-离子被其他离子所取代，即可得到类水滑石(htlc)。htlc的通式是：
由于htlc有孔径的可调变性，又有较大的比表面积和层间离子可交换性，因此其在催化、阻燃、吸附、医药、基因存储等领域中具有非常广泛的应用前景。
对于ldh、htlc类化合物，目前国内外许多从事这方面的研究做了大量工作，并在各自的领域内都取得了可喜的成果。国内外的研究主要集中在金属板层二价阳离子的置换上，例如将镁离子置换为铜离子或钴离子等，也有的设计将阴离子置换为一些诸如氨基酸等有机生物分子的。在国内，北京化工大学对ldh的研究取得了很大的成就。他们在设计含铜、钴、镍、有机酸、多酸等插层ldh复合材料领域上取得了很大的研究成果。在国外，也有很多学者在制备ldh技术上、或者利用ldh作为催化剂合成众多重要的有机化合物和无机化合物上、又或者用作阻燃剂、吸附剂等研究上也取得了很多可喜的成果，提供了大量有用的实验数据。但至目前，ldh和htlc类化合物主要为片状结构，晶须状的ldh和htlc类化合物几乎没有报道。而晶须状的无机材料具有增韧补强功能，开发晶须状的ldh或htlc类化合物则可赋予ldh和htlc类无机材料较好的增韧补强功能，以进一步扩展其应用。
目前将ldh制备成晶须大多是以某种晶须(例如氢氧化镁晶须)作为前驱物的，又或者制备技术路线冗长、成本高等，不适合大规模应用。因此，开发一种晶须状的ldh和或htlc类化合物及其相应的制备工艺具有重大的研究意义和应用价值。
技术实现要素：
本发明的目的是为了克服现有技术的上述不足，提供一种层状双金属氢氧化物ldh-cl-no3-so42-晶须，除具有孔径的可调变性、较大的比表面积和层间离子可交换性等类水滑石类化合物的功能外，还具有晶须增韧补强的功能。
本发明的另一目的在于提供上述层状双金属氢氧化物ldh-cl-no3-so42-晶须的制备方法。
本发明的另一目的在于提供上述层状双金属氢氧化物ldh-cl-no3-so42-晶须在制备增韧补强材料、催化材料、阻燃材料或吸附材料中的应用。
为了实现上述目的，本发明是通过以下方案予以实现的：
一种层状双金属氢氧化物ldh-cl-no3-so42-晶须，其化学式为mg6al2(oh)14clno3so4·5h2o。
优选地，所述晶须通过金属阳离子mg2+、al3+与阴离子cl-、no3-、so42-、oh-反应得沉淀后蒸发水分得到。
本发明提供了一种特定组成的层状双金属氢氧化物ldh-cl-no3-so42-晶须，该物质为晶须状，晶须的长径比为15～25:1，分散性好，晶形好，具有晶须典型的结构所带来的增韧补强功能；此外，还具有htlc类化合物所具有的孔径的可调变性、较大的比表面积和层间离子可交换性的功能，在增韧补强材料，催化、阻燃、吸附材料等领域中具有非常广泛的应用前景。
所述层状双金属氢氧化物ldh-cl-no3-so42-晶须的制备方法，包括如下步骤：
s1.配制mgcl2·6h2o、mgso4·7h2o和al(no3)3·9h2o的混合溶液a，用0.05～0.15mol/l的naoh溶液调节ph至7.45～7.55；所述混合溶液a中mg2+的浓度为2.5～3.1mol/l，al3+的浓度为0.6～0.9mol/l；
s2.配制nano3和naoh的混合溶液b，所述混合溶液b中nano3的浓度为1mol/l，naoh的浓度为0.01～0.05mol/l；向s1所得混合溶液a中加入混合溶液b调节ph至8.05～8.35后，置于5～45℃下反应178～186h生成沉淀，过滤并洗涤沉淀，烘干后即得所述层状双金属氢氧化物ldh-cl-no3-so42-晶须。
本发明人在对层状双金属氢氧化物ldh-cl-no3-so42-制备工艺的探索中无意间发现，原料及其配比、ph调控、反应温度和时间对最终层状双金属氢氧化物的形貌具有很大影响。如金属阳离子mg2+和al3+，阴离子cl-、no3-、so42-和oh-的浓度过大或过小，ph过高或ph波动范围过大，反应温度过高(水分蒸发速度过快)均无法得到晶须形貌或得到晶须形貌的产率非常低。本发明通过这一系列条件的优选，最终制备出晶须状的层状双金属氢氧化物ldh-cl-no3-so42-，制备方法简单。
另外，青海盐湖(如柯柯盐湖苦卤、茶卡盐湖苦卤或察尔汗盐湖)有数量巨大的苦卤，这些苦卤是制备ldh-cl-no3-so42-晶须极优的天然资源。但这些资源一直得不到科学、有效利用，而是一直闲置着，这不仅浪费了盐湖资源，还使得盐湖周边土壤严重盐渍化及植物枯死，给盐湖的生态环境造成破坏，同时也给将来盐场资源开采带来困难。利用盐湖苦卤作为mg2+和al3+的来源，可充分利用该天然资源，节约成本，具有重要的经济价值。
优选地，所述mgcl2·6h2o、mgso4·7h2o可来源于青海盐湖苦卤。
优选地，s1中调节ph至7.5。
优选地，s1所述混合溶液a中mg2+的浓度为2.8mol/l，al3+的浓度为0.6mol/l。
优选地，s1中所述naoh溶液的浓度为0.1mol/l。
优选地，s2所述混合溶液b中naoh的浓度为0.02mol/l。
优选地，s2中加入naoh溶液调节ph至8.1。
为了更好的调控ph，防止ph过低或波动过大，优选地，s2中通过添加nano3和naoh溶液来保持混合溶液的ph，每隔8h加入一次nano3和naoh溶液，使得反应体系ph值增加0.05。
为了使反应能够在5～45℃下稳定进行，优选地，s2中所述反应时间为风吹日晒182h，所述风吹的风速为4～5m/s。
青海盐湖地区具有丰富的太阳能资源和风能资源，常年温度在5～45℃，风速在4～5m/s，因此，可将s2的反应体系置于青海盐湖地区空旷处，利用天然的太阳能和风能资源实现水分缓慢蒸发，不仅节约了能源且实现绿色化工。
本发明还请求保护所述层状双金属氢氧化物ldh-cl-no3-so42-晶须在制备增韧补强材料、催化材料、阻燃材料或吸附材料中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的层状双金属氢氧化物ldh-cl-no3-so42-晶须为一种晶须状的类水滑石化合物，除具有孔径的可调变性、较大的比表面积和层间离子可交换性等类水滑石类化合物的功能外，还具有晶须增韧补强的功能，在增韧补强材料，催化、阻燃、吸附材料等领域中具有非常广泛的应用前景。本发明提供的制备方法，工艺简单易操作，成本低廉，适合大规模推广应用。
附图说明
图1为实施例1制备层状双金属氢氧化物ldh-cl-no3-so42-晶须的路线图。
图2为实施例1制备的层状双金属氢氧化物ldh-cl-no3-so42-晶须的sem图谱。
图3为对比例1制备的层状双金属氢氧化物ldh-cl-no3-so42-的sem图谱。
图4为实施例1制备的层状双金属氢氧化物ldh-cl-no3-so42-晶须的xrd图谱。
图5为ldh的层状结构图。
具体实施方式
下面结合说明书附图及具体实施例对本发明作出进一步地详细阐述，所述实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。下述实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，为可从商业途径得到的试剂和材料。
实施例1
本实施例提供了一种层状双金属氢氧化物ldh-cl-no3-so42-晶须，其化学式为mg6al2(oh)14clno3so4·5h2o，制备步骤如下(如图1所示)：
1、配制4.8mol/lmgcl2·6h2o、3.6mol/lmgso4·7h2o和1.8mol/lal(no3)3·9h2o溶液，取此3种溶液在搅拌状态下等体积混合于一烧杯中,并将混合体系的ph值用0.1mol/l的naoh溶液调至ph＝7.50，此时，由于al3+离子的水解而使溶液变得混浊,但产生这种现象不会影响后续ldh-cl-no3-so42-晶须的生长。
2、配制nano3和naoh的混合溶液b，所述混合溶液b中nano3的浓度为1.0mol/l，naoh的浓度为0.02mol/l，边搅拌边加入到上一步所得的混合溶液a中，一直加至体系的ph至ph＝8.1；然后将体系置于阳光充足的地方(5～45℃下)让风吹日晒182h后生成沉淀，过滤并洗涤沉淀，烘干后即得所述层状双金属氢氧化物ldh-cl-no3-so42-晶须。在这182h的时间里，每隔8h加入一次nano3和naoh溶液(即混合溶液b)，每次加入的量是：先测出当前体系的ph值，然后加入混合溶液b，使得ph值增加0.05个单位，例如，在风吹日晒90h后，测得此时体系ph值为8.25，则加入的碱一直加到体系ph值为8.3时结束。
本实施例制备得到的层状双金属氢氧化物ldh-cl-no3-so42-晶须的长径比为18：1，分散性好、晶须晶形好。该层状双金属氢氧化物ldh-cl-no3-so42-晶须在增韧补强材料，催化、阻燃、吸附材料等领域中具有非常广泛的应用前景。
实施例2
本实施例提供了一种层状双金属氢氧化物ldh-cl-no3-so42-晶须，其化学式为mg6al2(oh)14clno3so4·5h2o，制备步骤如下：
1、配制4.4mol/lmgcl2·6h2o、3.4mol/lmgso4·7h2o和1.9mol/lal(no3)3·9h2o溶液，取此3种溶液在搅拌状态下等体积混合于一烧杯中，并将混合溶液a的ph值用0.1mol/l的naoh溶液调至ph＝7.5，此时，由于al3+离子的水解而使溶液变得混浊，但产生这种现象不会影响后续ldh-cl-no3-so42-晶须的生长。
2、配制nano3和naoh的混合溶液b，所述混合溶液b中nano3的浓度为1.0mol/l，naoh的浓度为0.02mol/l，边搅拌边加入到上一步所得的混合溶液a中，一直加至体系的ph至ph＝8.1；然后将体系置于阳光充足的地方(5～45℃下)让风吹日晒182h后生成沉淀，过滤并洗涤沉淀，烘干后即得所述层状双金属氢氧化物ldh-cl-no3-so42-晶须。在这182h的时间里，每隔8h加入一次nano3和naoh溶液(即混合溶液b)，每次加入的量是：先测出当前体系的ph值，然后加入混合溶液b，使得ph值增加0.05个单位，例如，在风吹日晒90h后，测得此时体系ph值为8.25，则加入的碱一直加到体系ph值为8.3时结束。
本实施例制备得到的层状双金属氢氧化物ldh-cl-no3-so42-晶须的长径比为19：1，分散性好、晶须晶形好。该层状双金属氢氧化物ldh-cl-no3-so42-晶须在增韧补强材料，催化、阻燃、吸附材料等领域中具有非常广泛的应用前景。
实施例3
本实施例提供了一种层状双金属氢氧化物ldh-cl-no3-so42-晶须，其化学式为mg6al2(oh)14clno3so4·5h2o，制备步骤如下：
1、配制4.8mol/lmgcl2·6h2o、3.6mol/lmgso4·7h2o和1.8mol/lal(no3)3·9h2o溶液，取此3种溶液在搅拌状态下等体积混合于一烧杯中，并将混合溶液a的ph值用0.1mol/l的naoh溶液调至ph＝7.51，此时，由于al3+离子的水解而使溶液变得混浊，但产生这种现象不会影响后续ldh-cl-no3-so42-晶须的生长。
2、配制nano3和naoh的混合溶液b，所述混合溶液b中nano3的浓度为1.0mol/l，naoh的浓度为0.01mol/l，边搅拌边加入到上一步所得的混合溶液a中，一直加至体系的ph至ph＝8.1；然后将体系置于阳光充足的地方(5～45℃下)让风吹日晒182h后生成沉淀，过滤并洗涤沉淀，烘干后即得所述层状双金属氢氧化物ldh-cl-no3-so42-晶须。在这182h的时间里，每隔8h加入一次nano3和naoh溶液(即混合溶液b)，每次加入的量是：先测出当前体系的ph值，然后加入混合溶液b，使得ph值增加0.05个单位，例如，在风吹日晒90h后，测得此时体系ph值为8.25，则加入的碱一直加到体系ph值为8.3时结束。
本实施例制备得到的层状双金属氢氧化物ldh-cl-no3-so42-晶须的长径比为21：1，分散性好、晶须晶形好。该层状双金属氢氧化物ldh-cl-no3-so42-晶须在增韧补强材料，催化、阻燃、吸附材料等领域中具有非常广泛的应用前景。
实施例4
本实施例提供了一种层状双金属氢氧化物ldh-cl-no3-so42-晶须，其化学式为mg6al2(oh)14clno3so4·5h2o，制备步骤如下：
1、配制4.8mol/lmgcl2·6h2o、3.6mol/lmgso4·7h2o和1.8mol/lal(no3)3·9h2o溶液，取此3种溶液在搅拌状态下等体积混合于一烧杯中，并将混合溶液a的ph值用0.1mol/l的naoh溶液调至ph＝7.5，此时，由于al3+离子的水解而使溶液变得混浊，但产生这种现象不会影响后续ldh-cl-no3-so42-晶须的生长。
2、配制nano3和naoh的混合溶液b，所述混合溶液b中nano3的浓度为1.0mol/l，naoh的浓度为0.01mol/l，边搅拌边加入到上一步所得的混合溶液a中，一直加至体系的ph至ph＝8.3；然后将体系置于阳光充足的地方(5～45℃下)让风吹日晒182h后生成沉淀，过滤并洗涤沉淀，烘干后即得所述层状双金属氢氧化物ldh-cl-no3-so42-晶须。在这182h的时间里，每隔8h加入一次nano3和naoh溶液(即混合溶液b)，每次加入的量是：先测出当前体系的ph值，然后加入混合溶液b，使得ph值增加0.05个单位，例如，在风吹日晒90h后，测得此时体系ph值为8.25，则加入的碱一直加到体系ph值为8.3时结束。
本实施例制备得到的层状双金属氢氧化物ldh-cl-no3-so42-晶须的长径比为18：1，分散性好、晶须晶形好。该层状双金属氢氧化物ldh-cl-no3-so42-晶须在增韧补强材料，催化、阻燃、吸附材料等领域中具有非常广泛的应用前景。
实施例5
本实施例提供了一种层状双金属氢氧化物ldh-cl-no3-so42-晶须，其化学式为mg6al2(oh)14clno3so4·5h2o，制备步骤如下：
1、配制4.8mol/lmgcl2·6h2o、3.6mol/lmgso4·7h2o和1.8mol/lal(no3)3·9h2o溶液，取此3种溶液在搅拌状态下等体积混合于一烧杯中，并将混合溶液a的ph值用0.1mol/l的naoh溶液调至ph＝7.5，此时，由于al3+离子的水解而使溶液变得混浊，但产生这种现象不会影响后续ldh-cl-no3-so42-晶须的生长。
2、配制nano3和naoh的混合溶液b，所述混合溶液b中nano3的浓度为1mol/l，naoh的浓度为0.05mol/l，边搅拌边加入到上一步所得的混合溶液a中，一直加至体系的ph至ph＝8.1；然后将体系置于阳光充足的地方(5～45℃下)让风吹日晒179h后生成沉淀，过滤并洗涤沉淀，烘干后即得所述层状双金属氢氧化物ldh-cl-no3-so42-晶须。在这179h的时间里，每隔8h加入一次nano3和naoh溶液(即混合溶液b)，每次加入的量是：先测出当前体系的ph值，然后加入混合溶液b，使得ph值增加0.05个单位，例如，在风吹日晒90h后，测得此时体系ph值为8.05，则加入的碱一直加到体系ph值为8.1时结束。
本实施例制备得到的层状双金属氢氧化物ldh-cl-no3-so42-晶须的长径比为19：1，分散性好、晶须晶形好。该层状双金属氢氧化物ldh-cl-no3-so42-晶须在增韧补强材料，催化、阻燃、吸附材料等领域中具有非常广泛的应用前景。
对比例1
本对比例提供了一种层状双金属氢氧化物ldh-cl-no3-so42-的制备方法，该制备方法除步骤1中mg2+、al3+浓度与实施例1不同，mg2+浓度为1.1mol/l,al3+浓度为0.28mol/l，其余步骤均与实施例1相同。该方法不能制备得到晶须状的层状双金属氢氧化物ldh-cl-no3-so42-。
对比例2
本对比例提供了一种层状双金属氢氧化物ldh-cl-no3-so42-的制备方法，该制备方法中除步骤1的ph值与实施例1不同，ph＝9，其余步骤均与实施例1相同。该方法不能制备得到晶须状的层状双金属氢氧化物ldh-cl-no3-so42-。
对比例3
本对比例提供了一种层状双金属氢氧化物ldh-cl-no3-so42-的制备方法，该制备方法中除步骤2的ph值与实施例1不同，ph＝10，其余步骤均与实施例1相同。该方法不能制备得到晶须状的层状双金属氢氧化物ldh-cl-no3-so42-。
对比例4
本对比例提供了一种层状双金属氢氧化物ldh-cl-no3-so42-的制备方法，该制备方法中除步骤2的混合溶液b中nano3、naoh浓度与实施例1不同，nano3浓度为0.4mol/l,naoh浓度为0.5mol/l，其余步骤均与实施例1相同。该方法不能制备得到晶须状的层状双金属氢氧化物ldh-cl-no3-so42-。
对比例5
本对比例提供了一种层状双金属氢氧化物ldh-cl-no3-so42-的制备方法，该制备方法中除步骤2中没有控制每隔8h加入一次混合溶液b，使得ph值增加1个单位，其余步骤均与实施例1相同。该方法不能制备得到晶须状的层状双金属氢氧化物ldh-cl-no3-so42-。
性能分析
1、扫描电镜(sem)分析
如图2所示，为实施例1制备得到的样品的形貌图。从图中可以看出，实施例1制备得到的几乎全为晶须，产率高，晶须的长径比为15～25：1，分散性好、晶须晶形好。而对比例1制备得到的样品不是晶须状，而是其他非晶须状，如图3所示。
2、x射线衍射(xrd)分析
如图4所示，为实施例1制备的层状双金属氢氧化物ldh-cl-no3-so42-晶须的xrd图。从其衍射特征峰可知，样品峰形尖锐，层状结构的ldh在(003)晶面衍射强度最大，其次是(006)晶面，最小的是(009)，这是由于层状化合物对xrd的“消光”作用所致，各主要衍射峰的位置与强度表明该物质为具有层状结构的ldh-cl-no3-so42-。
3、元素分析
对各实施例制备的样品进行元素分析，结果如表1所示。表1数据表明，实施例1提供的样品基本符合nmg:nal:ncl:nn:ns＝6:2:1:1，结合氧(氧的含量是由差减法得到)、氢元素含量，可推知其化学式为mg6al2(oh)14clno3so4·5h2o。
表1ldh-cl-no3-so42-元素分析结果
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，对于本领域的普通技术人员来说，在上述说明及思路的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。