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水合铝酸碳酸镁的特点与合成

发布日期:2024/2/27 9:09:36

介绍

水合铝酸碳酸镁,又被称为水滑石(LDHs),是一种层状离子化合物,其特征是由带正电荷的主体层板和层间阴离子通过非共价键的相互作用组装而成化合物,属于一类具有层状结构的无机材料。阴离子层位于氧化物层之间的空隙,通过电荷平衡与金属离子层相互吸引,使层状结构稳定。水分子与金属离子层和阴离子层之间形成氢键,存在于晶格间隙中。LDHs的化学通式一般表示为其中x的取值范围为0.2~0.33。M2+代表二价金属阳离子,包括Mg2+,Ni2+,Co2+,Zn2+,Cu2+等,M3+代表三价金属阳离子,包括Al3+,Cr3+,Fe3+,Sc3+等,An‑是用来平衡非框架电荷的阴离子,包括Cl‑,OH‑,等无机和有机离子以及络合离子,层间无机阴离子不同,LDHs的层间距不同。由于其独特的层状结构,水滑石具有可控的主体层板的化学组成、层间客体阴离子种类和数量以及插层组装体的粒径尺寸和分布方面的特性。因此,水滑石种类繁多,在吸附、医药、催化、电化学、阻燃、光化学等领域具有广阔的应用前景。

水合铝酸碳酸镁.png

水合铝酸碳酸镁

特点

水合铝酸碳酸镁中,二价金属氧化物具有较强碱性,三价金属氧化物具有较弱酸性,层间的阴离子为弱酸根离子,导致水滑石整体分子成弱碱性,具有良好的吸酸效果。此外,水滑石的双层结构也导致水滑石具有优良的吸附效果和阴离子交换性能。水滑石应用在PVC等材料改性时,可以有效吸附其释放的游离酸,避免游离酸对于材料的进一步催化作用;水滑石类稳定剂还可以与游离酸发生层间阴离子置换反应,使其热稳定性大大提升。

合成

以往合成的缺点

现有技术,如CN202010475473.2,采用使用氢氧化镁作为镁源、氢氧化铝作为铝源,以二氧化碳作为碳酸根源,经过一段时间反应制备得到水合铝酸碳酸镁。但是其存在如下技术问题:1.以二氧化碳气体作为碳酸根源,容易导致水滑石的分层结构存在缺陷,影响水滑石的吸附效果和阴离子交换性能;2.镁源、碳酸根源来源单一,在实际使用生产线精确配比进行生产后,难以快速改变水滑石中镁和铝的比例;因此生产出来的产品其镁铝比例单一,酸碱性能固定,难以根据适用制品的不同,调整水滑石的性能。

新合成方法

张志勇[1]以氯化镁作为主要镁源,氢氧化铝作为铝源,二氧化碳作为主要碳酸根源;同时引入碳酸镁作为辅助镁源和辅助碳酸根源,反应后制得水合铝酸碳酸镁。

S1.将100g六水氯化镁、30g氢氧化铝、50g碳酸镁、2g氢氧化钠加入500mL水中,在98℃的条件下,高压反应1h;S2.在所述S1步骤反应完毕后,通入二氧化碳气体,调节反应液PH值至9‑10,在110℃条件下继续高压2MPa反应11h;S3.对产物过滤、洗涤、烘干后得到水合铝酸碳酸镁。制得产品的镁铝比为2.05。

该方法使用碳酸镁作为辅助碳酸根源,相较于传统的使用二氧化碳气体作为碳酸根源的技术方案,可以形成优良的双层结构,碳酸根最大程度的稳定与层间,使产品具有良好的吸附性和阴离子交换性能,吸附酸性气体的性能优异。2.使用碳酸镁作为辅助镁源,可以单独通过调整碳酸镁的用量得到不同镁铝比的水滑石,从而达到调整水滑石酸碱性能的目的,以便使水滑石适用不同PVC、PP、PE制品。3.制作的水合铝酸碳酸镁纯度高,粒径分布均匀,具有良好的吸酸性能;此外,制作的产品热稳定性能强、抗老化性能好。4.制备工艺简单,并可以根据产品的参数要求进行快速调整,具有良好的市场应用效果。

参考文献

[1]张志勇. 一种高纯镁铝水滑石的合成方法[P]. 山东省:CN116495761B,2023-09-12.

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