一种高岭土-2-吡嗪羧酸插层化合物及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及高岭土?2?吡嗪羧酸插层化合物及其制备方法：1)高岭土原土经过超声清洗0.5小时得到水洗高岭土；2)水洗高岭土与二甲亚砜室温搅拌12小时制备前驱体；3)前驱体与2?吡嗪羧酸(质量比为1∶1)置于不锈钢反应釜中增压插层，在90～160℃反应5?10小时；4)经碱液洗涤、离心、干燥后得到目标产品，化学式为Al2Si2O5(OH)4·(2?PA)1.11，所述的2?PA为2?吡嗪羧酸。该化合物具有二维层状结构，层间2?吡嗪羧酸分子具有N、O活性配位点，可作为潜在的光、电、介电材料应用。本发明工艺简单，制备方便。
【专利说明】一种高岭土-2-吡嗪羧酸插层化合物及其制备方法
[0001 ]本专利申请得到国家自然科学基金(资助号:21201009)的资助。
技术领域
[0002]本发明涉及一种新化合物及其制备方法，特别涉及一种高岭土-2-卩比嘆羧酸插层化合物及其制备方法。
【背景技术】
[0003]高岭土(理论分子式，Al2Si2O5(OH)4)是一种具有层状结构的非金属矿物材料，客体分子通过插层作用可以进入层间，形成新的插层化合物，广泛应用于有机-无机杂化材料领域。由于高岭土层间存在较强的相互作用力，目前只有少数极性分子能够直接插层，例如二甲亚砜、甲醇、醋酸钾、甲酰胺等;而一些位阻较大、极性较弱的功能客体分子则只能以高岭土-二甲亚砜等为前驱体，通过长时间搅拌或者高温熔融协助，才能插入高岭土层间，费时费力，并且插层效果不理想，进一步改进插层制备方法成为必需。我国高岭土资源丰富，工业用途广泛，改良的制备方法将有利于推动高岭土进一步功能化。
【发明内容】
[0004]本发明的第一个目的是提供一种高岭土-2-吡嗪羧酸插层化合物。该化合物具有二维层状结构，层间2-吡嗪羧酸分子具有N、0活性配位点，可作为潜在的光、电、介电材料应用。
[0005]为达到上述目的，本发明高岭土-2-吡嗪羧酸插层化合物的化学式为Al2Si2O5(OH)4.(2-PAkn，其中2-PA为2-吡嗪羧酸。
[0006]本发明的第二个目的是提供一种高岭土-2-吡嗪羧酸插层化合物的制备方法。
[0007]为达到上述目的，本发明高岭土-2-吡嗪羧酸插层复合物的制备方法是:1)高岭土原土经过超声处理0.5小时，除去表面吸附杂质，弱化片层之间作用力后得到水洗高岭土；2)水洗高岭土与二甲亚砜室温搅拌12小时制备前驱体;3)前驱体与2-吡嗪羧酸(质量比为1:1)置于不锈钢反应Il中增压插层，在90?160 0C反应5-10小时;4)经碱液洗涤、离心、干燥后得到目标产品，化学式为Al2Si2O5(OH)4.(2-PAkn，所述的2-PA为2-吡嗪羧酸。本发明工艺简单，制备方便。
【附图说明】
[0008]图1是本发明高岭土-2-吡嗪羧酸插层化合物的X-射线衍射图；
[0009]图2是本发明高岭土-2-吡嗪羧酸插层化合物的红外光谱图；
[0010]图3是本发明高岭土-2-吡嗪羧酸插层化合物的热分析图。
【具体实施方式】
[0011]本发明高岭土-2-吡嗪羧酸插层化合物的化学式为Al2Si2O5(OH)4.(2-PAh.n，其中的2-PA为2-吡嗪羧酸。
[0012]下面结合具体实施实例进一步阐述本发明。
[0013]具体步骤如下:
[0014]1.超声处理:将高岭土原土置于烧瓶中，加入蒸馏水超声搅拌，过滤，洗涤，干燥，得到水洗高岭土 (简称K);
[0015]2.前驱体制备:向烧瓶中加入水洗高岭土、二甲亚砜和去离子水，室温搅拌，过滤，洗涤，干燥，得到高岭土-二甲亚砜插层复合物(简称K-DMSO)，即为前驱体；
[0016]3.增压插层:不锈钢反应釜中加入质量比为1:1的前驱体和2-吡嗪羧酸，密封后，一定温度下反应一段时间；
[0017]4.碱液洗涤:冷却、取出反应釜加入氢氧化钠水溶液，离心分离，洗涤，干燥，即可得到高岭土-2-吡嗪羧酸插层化合物(简称K-2-PA)。
[0018]实施例1:1Og高岭土原土加入600ml蒸馏水，超声清洗I小时，得到水洗高岭土; 5g水洗高岭土，50ml 二甲基亚砜和5ml去离子水加入10ml圆底烧瓶，室温搅拌12小时，得到K-DMSO前驱体；Ig前驱体和Ig 2-吡嗪羧酸密封于25ml不锈钢反应釜，90°C反应5小时后，加入I Oml氢氧化钠水溶液，离心分离，洗涤，干燥，即得到K-2-PA。
[0019]实施例2:1Og高岭土原土加入600ml蒸馏水，超声清洗2小时，得到水洗高岭土; 5g水洗高岭土，50ml 二甲基亚砜和5ml去离子水加入10ml圆底烧瓶，室温搅拌12小时，得到K-DMSO前驱体；Ig前驱体和Ig 2-吡嗪羧酸密封于25ml不锈钢反应釜，120°C反应8小时后，加入20ml氢氧化钠水溶液，离心分离，洗涤，干燥，即得到K-2-PA。
[0020]实施例3:1Og高岭土原土加入600ml蒸馏水，超声清洗0.5小时，得到水洗高岭土；5g水洗高岭土，50ml 二甲基亚砜和5ml去离子水加入10ml圆底烧瓶，室温搅拌24小时，得到K-DMSO前驱体；Ig前驱体和Ig 2-吡嗪羧酸密封于25ml不锈钢反应釜，160°C反应10小时后，加入15ml氢氧化钠水溶液，离心分离，洗涤，干燥，即得到K-2-PA。
[0021 ]本发明高岭土-2-吡嗪羧酸插层化合物的表征:
[0022](I)X-射线衍射表征
[0023]在BrukerD8 ADVANCE衍射仪上收集完成粉末衍射数据，操作电流为40mA，电压为40kV。采用石墨单色化的铜革EX射线。数据收集使用2q/q扫描模式，在3°到70°范围内连续扫描完成，扫描速度0.1°/秒，步长为0.01°。如图1所示，高岭土的001衍射峰出现在2Θ = 12.5°处，对应层间距d = 0.72nm ；DMSO插层后层间距增大到1.12nm( 2Θ = 7.8°);而2-吡嗪羧酸分子取代DMSO后，001衍射峰迀移到20 = 6.364°处，对应d= 1.39nm，层间距相比原土增大0.67nm。根据插层前后衍射峰强度变化计算，插层率为42.73 %。
[0024](2)红外光谱测定
[0025]采用溴化钾压片法在型号为IF66VFT-1R的红外光谱仪上测定，如图2所示，收集4000-400011+1光谱区红外光谱数据。
[0026](3)热重表征材料稳定性
[0027]热稳定性采用TA2000/2960热分析仪完成，在氮气气氛下，加热速率10°C/min，温度范围20-700 °C。图3表明本发明高岭土-2-吡嗪羧酸插层化合物在100°C之前脱去表面吸附水；100-380°C失重对应部分客体分子脱嵌和分解;380-430°C客体分子完全分解;之后高岭土层板开始脱羟基。整个热分解过程中，客体分子失重率为14.9%，结合插层率数据计算，所得插层化合物化学式为Al2Si2O5(OH)4.(2-PAkn，其中2-PA为2-吡嗪羧酸。
【主权项】
1.一种高岭土-2-吡嗪羧酸插层化合物，其特征在于:所述的化合物化学式为Al2Si2O5(OH)4.(2-PAkn，其中2-PA为2-吡嗪羧酸。2.—种如权利要求1所述的化合物制备方法，其特征在于，包括如下步骤:I)高岭土原土超声处理0.5小时获得水洗高岭土;2)水洗高岭土与二甲亚砜反应12小时制备前驱体;3)前驱体与2-吡嗪羧酸(质量比为1:1)置于不锈钢反应釜中增压插层，在90?160°C反应5-10小时;4)经碱液洗涤、离心、干燥后得到目标产品。3.如权利要求2所述的化合物制备方法，其特征在于:高岭土原土经过超声清洗0.5小时;在不锈钢反应釜中增压插层，90?160°C下反应5-10小时。
【文档编号】C01B33/44GK106006657SQ201610329446
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月12日
【发明人】赵顺平, 冯小亮, 朱苗苗, 郭玉, 高迎春, 汪婕, 徐衡
【申请人】安庆师范大学