一种多孔锂铝水滑石的合成方法
阅读说明：本技术 一种多孔锂铝水滑石的合成方法 (Method for synthesizing porous lithium-aluminum hydrotalcite ) 是由 李军 董明哲 罗清龙 刘忠 聂国亮 李�权 郭敏 张慧芳 吴志坚 于 2021-09-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种多孔锂铝水滑石的制备方法,通过将含有锂盐和铝盐溶液与形貌调控剂,沉淀剂混合溶液进行常压水热反应,然后经过过滤、洗涤、干燥后即可得到多孔锂铝水滑石材料。该方法具有制备工艺简单,不使用高压反应釜,常压即可操作,制备的锂铝水滑石具有介孔、大孔结构,比表面积大,结晶片层结构稳定,形貌规整,利于与其他介质如水、气接触的特点,可应用于卤水提锂、催化、水体有害磷氟吸附等领域。本发明公开的锂铝水滑石材料制备过程简单,常压下即可生产,比表面积大,反应活性高,具有广阔的应用前景。(The invention discloses a preparation method of porous lithium-aluminum hydrotalcite, which comprises the steps of carrying out normal-pressure hydrothermal reaction on a mixed solution containing a lithium salt solution, an aluminum salt solution, a morphology regulating agent and a precipitator, and then filtering, washing and drying to obtain the porous lithium-aluminum hydrotalcite material. The method has the characteristics of simple preparation process, no use of a high-pressure reaction kettle, operation at normal pressure, mesoporous and macroporous structures of the prepared lithium-aluminum hydrotalcite, large specific surface area, stable structure of a crystalline lamellar layer, regular appearance and contribution to contact with other media such as water and gas, and can be applied to the fields of lithium extraction from brine, catalysis, adsorption of harmful phosphorus and fluorine in water and the like. The lithium-aluminum hydrotalcite material disclosed by the invention is simple in preparation process, can be produced under normal pressure, is large in specific surface area and high in reaction activity, and has a wide application prospect.)
技术领域
本发明属于无机化学技术领域，具体涉及一种多孔锂铝水滑石的合成方法。
背景技术
水滑石层状双氢氧化物是一种由二价金属离子及三价金属离子构成的带正电荷的主体层板与层间阴离子与水分子通过非共价键的相互作用组装而成的化合物，属于阴离子型层状化合物，具有可交换性，是一类层状结构无机材料。其具体的分子式可表示为[M1-x 2+M3+(OH)2]x+[Ax/n]nmH2O。水滑石具有主体层板元素种类及比例可变，层间阴离子可调，晶粒尺寸和厚度可控等特点，并且其形貌变化多样，层板元素分布均匀。由于它们独特的结构、特殊的性质和广泛的应用广泛应用于催化、能源、生物、医药以及材料等领域。锂铝水滑石具有结晶氢氧化铝的结构与水镁石相似，其中三分之一的八面体金属阳离子空位，即Al3+离子只占八面体阳离子空位的三分之二。当氢氧化铝层中的空位被Li+填充时，形成锂铝水滑石，赋予层间阴离子中和的过量正电荷。锂铝系水滑石的合成、结构和性质已被广泛研究。锂铝水滑石在催化剂、废水处理吸附剂、CO2捕集、金属腐蚀与防护、锂离子电池等方面有着广泛的应用前景。合成锂铝水滑石的方法很多，如锂盐或LiOH嵌入氢氧化铝通过共沉淀法、水热法、机械力化学法等途径合成。其常用工业合成方式为氢氧化铝与氢氧化锂通过水热合成后通过盐酸中和或沉淀剂滴加到铝盐与锂盐的混合溶液中共沉淀，以上方法结晶形态不易控制，形貌堆积导致成品吸附或催化性能较差。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多孔锂铝水滑石的合成方法，该方法合成条件简单，易于生产，产品锂铝水滑石具有规整的形貌，较高的比表面积，应用前景广阔。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种多孔锂铝水滑石的合成方法，所述合成方法如下：
将含有锂离子、铝离子、沉淀剂和形貌调控剂的混合溶液进行水热反应，将反应后得到的固体经过水洗，干燥过程得到产物多孔锂铝水滑石；
所述混合溶液中锂离子的浓度为0.3～1.2mol/L；
所述混合溶液中铝离子浓度为0.15～0.40mol/L；
所述沉淀剂为碱性沉淀剂，所述沉淀剂用量为沉淀剂中氢氧根与铝离子的摩尔比为1～20:1；
所述形貌调控剂为油胺，十八胺、四乙烯五胺、五乙烯六胺、六乙烯七胺、十二烷基咪唑啉、聚乙烯亚胺、聚丙烯酰胺、十二烷基硫酸钠，十二烷基苯磺酸钠，十六烷基三甲基溴化铵，司班-60、司班-80、吐温-60、烷基磷酸酯钾盐、硬脂酸钠中的一种或几种，所述形貌调控剂用量与所述铝离子的摩尔比为1:1～80；
所述水热反应的压力为常压，反应温度为85～95℃，反应时间为12～24h。
上述技术方案中，所述沉淀剂可以在反应初期一次性加入，也可以在反应过程中以一定速度加入至反应体系中。
上述技术方案中，所述铝离子来自于硝酸铝、氯化铝、硫酸铝中的一种或几种。
上述技术方案中，所述锂离子来自于氯化锂，硫酸锂，硝酸锂中的一种或几种。
上述技术方案中，所述碱性沉淀剂为尿素，氨水，氢氧化钠，氢氧化钾中的一种或几种。
上述技术方案中，所述碱性沉淀剂为含有尿素或氨水的沉淀剂时，应在反应初期一次性加入；所述为不含有尿素的沉淀剂时，应在反应过程中以一定速度逐步加入。当沉淀剂是尿素或氨水时，一次性加入，在加热过程中逐渐分解，放出氨，起到逐步沉淀的作用；沉淀剂是氨水时要逐滴加入，加入过快会改变反应。
上述技术方案中，反应得到的固体产物经过水洗，所述水洗过程采用80～90℃去离子水进行洗涤。采用较高温度去离子水洗涤能够清洗掉盐的结晶颗粒，清洁能力与低温水相比更强。
上述技术方案中，所述干燥过程采用干燥温度为40～80℃，干燥时间为12～24小时。
上述技术方案中，所述聚乙烯亚胺分子量300～10000，溶液浓度50％；聚丙烯酰胺聚合度800～1000万。
上述多孔锂铝水滑石在锂元素提取过程中的应用。
上述多孔锂铝水滑石在锂元素提取过程中作为吸附剂的应用。
本发明的优点和有益效果为：
本发明通过形貌调控剂作用，合成具有规整结晶形态，多孔结构的锂铝水滑石。可应用于盐湖、海水中锂资源的回收利用；废水中磷、氟元素吸附；有机合成反应催化剂等领域，具有多孔结构、较高的比表面积、较薄的片层等特点，具有广泛的应用前景。
本发明提供的制备方法简易安全，常压下利用水热法得到多孔锂铝水滑石材料，产品具有介孔、大孔结构、高比表面积，形态结构规整，形态调控剂能够促进锂铝水滑石结晶，提高产率。适合作为吸附或催化材料。
现有技术中一般具有形貌水滑石合成都需要在加压反应釜中合成。本申请中利用一定浓度的表面活性剂在溶液中形成临界胶束，锂铝水滑石结晶过程中，临界胶束对形貌起到调控作用，一般不同种类控制结晶选用的表面活性剂种类和浓度都不同，所以如何确定针对锂铝水滑石结晶形貌控制的表面活性剂种类以及其在溶液中的浓度范围是关键性因素。
附图说明
图1是本发明实施例1制备得到的多孔锂铝水滑石表征图，其中a)为扫描电镜图；b)为XRD图。
图2是本发明实施例2制备得到的多孔锂铝水滑石表征图，其中a)为扫描电镜图；b)为XRD图。
图3是本发明实施例3制备得到的多孔锂铝水滑石表征图，其中a)为扫描电镜图；b)为XRD图。
图4是本发明实施例4制备得到的多孔锂铝水滑石表征图，其中a)为扫描电镜图；b)为XRD图。
图5是本发明实施例5制备得到的多孔锂铝水滑石表征图，其中a)为扫描电镜图；b)为XRD图。
对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
一种采用多孔锂铝水滑石制备方法，
包括以下步骤：
将无水氯化锂(13.4g)，六水氯化铝(36.2g)，十二烷基硫酸钠(10g)，尿素(90g)加入到500ml的去离子水中搅拌60min充分溶解制成混合溶液，将所述混合溶液转移到1000ml四口烧瓶中进行常压水热反应，所述水热反应的反应温度为88℃，反应时间为24小时，得到沉淀物采用85℃去离子水离心洗涤，之后置于鼓风干燥箱里70℃干燥12h得到多孔锂铝水滑石。
图1为实施例1中为十二烷基硫酸钠为形貌调控剂制备的锂铝水滑石材料的(a)扫描电镜图和(b)XRD图。由该图(a)可看到用本发明中提供的方法合成的锂铝水滑石为水滑石晶体聚集而成的花形结构，并形成多级孔道。
图1(b)为实施例1中制备的多孔锂铝水滑石材料的X射线衍射图。由该图可以看出，多孔锂铝水滑石材料的特征峰((002)，(004)等)与普通水滑石相吻合。
实施例2
一种采用多孔锂铝水滑石制备方法，
包括以下步骤：
将无水氯化锂(13.4g)，六水氯化铝(36g)，十八胺(6g)，尿素(90g)加入到500ml的去离子水中搅拌60min充分溶解制成混合溶液，将所述混合溶液转移到1000ml四口烧瓶中进行常压水热反应，所述水热反应的反应温度为90℃，反应时间为24小时，得到沉淀物采用85℃去离子水离心洗涤，之后置于鼓风干燥箱里70℃干燥12h得到多孔锂铝水滑石。
图2为实施例2中为十八胺为形貌调控剂制备的锂铝水滑石材料的(a)扫描电镜图和(b)XRD图。由该图(a)可看到用本发明中提供的方法合成的锂铝水滑石为水滑石晶体聚集而成的花形结构，并形成多级孔道。
图2(b)为实施例2中制备的多孔锂铝水滑石材料的X射线衍射图。由该图可以看出，多孔锂铝水滑石材料的特征峰((002)，(004)等)与普通水滑石相吻合。
实施例3
一种采用多孔锂铝水滑石制备方法，
包括以下步骤：
将无水氯化锂(13.4g)，六水氯化铝(36g)，十二烷基苯磺酸钠(15g)，尿素(90g)加入到500ml的去离子水中搅拌60min充分溶解制成混合溶液，将所述混合溶液转移到1000ml四口烧瓶中进行常压水热反应，所述水热反应的反应温度为90℃，反应时间为24小时，得到沉淀物采用85℃去离子水离心洗涤，之后置于鼓风干燥箱里70℃干燥12h得到多孔锂铝水滑石。
图3为实施例3中为十二烷基硫酸钠为形貌调控剂制备的锂铝水滑石材料的(a)扫描电镜图和(b)XRD图。由该图(a)可看到用本发明中提供的方法合成的锂铝水滑石为水滑石晶体聚集而成的花形结构，并形成多级孔道。
图3(b)为实施例3中制备的多孔锂铝水滑石材料的X射线衍射图。由该图可以看出，多孔锂铝水滑石材料的特征峰((002)，(004)等)与普通水滑石相吻合。
实施例4
一种采用多孔锂铝水滑石制备方法，
包括以下步骤：
将无水氯化锂(13.4g)，六水氯化铝(36g)，聚丙烯酰胺(0.5g)，尿素(90g)加入到500ml的去离子水中搅拌60min充分溶解制成混合溶液，将所述混合溶液转移到1000ml四口烧瓶中进行常压水热反应，所述水热反应的反应温度为90℃，反应时间为24小时，得到沉淀物采用85℃去离子水离心洗涤，之后置于鼓风干燥箱里70℃干燥12h得到多孔锂铝水滑石。
图4为实施例4中为聚丙烯酰胺为形貌调控剂制备的锂铝水滑石材料的(a)扫描电镜图和(b)XRD图。由该图(a)可看到用本发明中提供的方法合成的锂铝水滑石为水滑石晶体聚集而成的花形结构，并形成多级孔道。
图4(b)为实施例1中制备的多孔锂铝水滑石材料的X射线衍射图。由该图可以看出，多孔锂铝水滑石材料的特征峰((002)，(004)等)与普通水滑石相吻合。
实施例5
一种采用多孔锂铝水滑石制备方法，
包括以下步骤：
将无水氯化锂(13.4g)，六水氯化铝(36.8g)，聚乙烯亚胺(5g)，尿素(90g)加入到500ml的去离子水中搅拌60min充分溶解制成混合溶液，将所述混合溶液转移到1000ml四口烧瓶中进行常压水热反应，所述水热反应的反应温度为90℃，反应时间为24小时，得到沉淀物采用85℃去离子水离心洗涤，之后置于鼓风干燥箱里70℃干燥12h得到多孔锂铝水滑石。
图5为实施例5中为聚乙烯亚胺为形貌调控剂制备的锂铝水滑石材料的(a)扫描电镜图和(b)XRD图。由该图(a)可看到用本发明中提供的方法合成的锂铝水滑石为水滑石晶体聚集而成的花形结构，并形成多级孔道。
图5(b)为实施例1中制备的多孔锂铝水滑石材料的X射线衍射图。由该图可以看出，多孔锂铝水滑石材料的特征峰((002)，(004)等)与普通水滑石相吻合。
表1比表面积及平均孔径
实例
比表面积(m<sup>2</sup>/g)
平均孔径(nm)
实例一
11.9
3.8
实例二
33.1
3.8
实例三
78.5
3.4
实例四
4.4
3.8
实例五
93.0
31.3
诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种柔性氧化铝基板材料及其制备方法