一种钙铝水滑石的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钙铝水滑石的制备方法，将氢氧化钙、氢氧化铝和碳酸钠加入球磨机中，球料质量比控制在8～12：1，球磨转速为200～500r/min，干磨2～4h，小、中、大磨球(直径分别为5mm、8mm、10mm)比例为1～2：2～3：5～7；将固体混合物与水混合，600～800W下、70～90℃下，微波水热晶化5～20min；水洗、过滤、干燥，得钙铝水滑石。该方法将“一锅法干磨”与“微波水热晶化”相结合，简化了钙铝水滑石制备流程，缩短了制备时间，简化了反应操作，提高了效率，产品结构更为单一。相比现有钙铝水滑石制备方法，本发明专利技术工艺流程简单、耗时短、操作方便、产率高、产物单一。

A preparation method of calcium aluminum hydrotalcite

The invention discloses a method for preparing calcium aluminum hydrotalcite, calcium hydroxide, sodium carbonate and aluminum hydroxide will join the ball mill, ball to powder mass ratio control in 8 ~ 12:1, the milling speed is 200 ~ 500r/min, 2 ~ 4H dry mill, small, medium and large diameter grinding balls (5mm, 8mm, respectively. 10mm) ratio of 1 ~ 2:2 ~ 3:5 ~ 7; the solid mixture is mixed with water, 600 ~ 800W, 70~90 DEG C, microwave hydrothermal crystallization of 5 ~ 20min; washing, filtering, drying, calcium aluminum hydrotalcite. The method combines the \one pot dry grinding\ and \microwave hydrothermal crystallization\, simplifies the preparation process of calcium aluminum hydrotalcite, shortens the preparation time, simplifies the reaction operation and improves the efficiency, and the product structure is more single. Compared with the existing preparation method of calcium aluminum hydrotalcite, the invention has the advantages of simple process, short time consumption, convenient operation, high yield and single product.

【技术实现步骤摘要】
一种钙铝水滑石的制备方法
本专利技术涉及水滑石合成
，具体涉及一种钙铝水滑石的制备方法。
技术介绍
水滑石材料属于阴离子型层状化合物。层状化合物是指具有层状结构、层间离子，具有可交换性的一类化合物，利用层状化合物主体在强极性分子作用下所具有的可插层性和层间离子的可交换性，将一些功能性客体物质引入层间空隙并将层板距离撑开从而形成层柱化合物。水滑石类化合物(LDHs)是一类具有层状结构的新型无机功能材料，LDHs的主体层板化学组成与其层板阳离子特性、层板电荷密度或者阴离子交换量、超分子插层结构等因素密切相关。一般来讲，只要金属阳离子具有适宜的离子半径(与Mg2+的离子半径0.072nm相差不大)和电荷数，均可形成LDHs层板。LDHs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的化合物，它的结构类似于水镁石Mg(OH)2，由MgO6八面体共用棱形成单元层。有以下几个很突出的特点：(1)主体层板的化学组成可调变；(2)层间客体阴离子的种类和数量可调变；(3)插层组装体的粒径尺寸和分布可调控。LDHs的结构特点使其层间阴离子可与各种阴离子，包括无机离子、有机离子、同种离子、杂多酸离子以及配位化合物的阴离子进行交换。利用LDHs的这种性质可以调变层间阴离子的种类合成不同类型的LDHs，并赋予其不同的性质，从而得到具有不同功能的新材料。目前，其应用主要作为热稳定剂、阻燃剂、吸附剂、催化剂、建筑材料、药物载体等方面。LDHs制备方法有共沉淀法、结构重建法、盐-氧化物法、诱导水解法、溶胶-凝胶法、水热合成法、成核/结晶隔离法等。这些方法存在粒径分布不均，或晶形不好，或工艺复杂，或成本过高，或不适合大规模生产等缺点。CN105802070A专利以粉末氢氧化钙和氢氧化铝为原料，以去离子水作为溶剂，室温800～1000r/min的转速搅拌0.5h，再加无水碳酸钠，继续搅拌0.5h，再在60～75℃油浴下相同转速下搅拌反应15～25h，再用去离子水洗涤，干燥，得到钙铝水滑石，结构式为Ca4Al2(OH)12CO3·5H2O。该专利以水作为反应溶剂，选择使用无水碳酸钠，并且得到的水滑石中钙铝原子比为2:1，成本较高；另外，整个制备过程需要16h以上，时间偏长；并且，氢氧化钙和氢氧化铝与无水碳酸钠以分批次方式投料，操作较为麻烦。CN105271343A专利以氢氧化钙和氢氧化铝为原料，先依次进行干磨、湿磨若干小时，再加入碳酸钠溶液水浴晶化，离心洗涤，干燥获得水铝钙石，结构式为Ca16Al8(OH)54CO3·2H2O。该专利球磨时间较长(5～8h)，水铝钙石中钙铝原子比为2:1，成本较高；且氢氧化钙和氢氧化铝与碳酸钠也是以分批次方式投料，同样存在操作麻烦的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，克服以上
技术介绍
中提到的不足和缺陷，提供一种工艺流程简单、耗时短、操作方便、产率高、产物结构单一的钙铝水滑石的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种钙铝水滑石的制备方法，包括以下步骤：将氢氧化钙、氢氧化铝和碳酸钠加入球磨机中，球料质量比控制在(8～12)：1，球磨转速为200～500r/min，干磨2～4h，得固体混合物，球磨过程所用磨球分为小、中、大三种规格，小、中、大磨球的直径分别为5mm、8mm和10mm，小、中、大磨球的数量比为(1～2)：(2～3)：(5～7)；将所得固体混合物与水混合形成固液混合物，再将固液混合物进行微波水热晶化，微波功率控制在600～800W，晶化温度为70～90℃，晶化时间为5～20min；然后依次经过滤、水洗、干燥，即得钙铝水滑石。本专利技术创造性地将氢氧化钙、氢氧化铝和碳酸钠三种组分通过“一锅法”在球磨机中干磨，球磨过程中控制球料质量比以及大、中、小磨球的直径和比例，然后经过微波水热晶化，得到目标产物。专利技术人通过大量实验研究发现，在有水存在的条件下，三种组分原料采用“一锅法”在球磨或高速搅拌下，均不能得到理想的产物，这是因为氢氧化钙微溶于水，碳酸钠容易与溶解在水中的氢氧化钙形成难溶于水的碳酸钙沉淀，会带到最终的产物中而无法分离出来。而在干磨条件下，Ca2+、Al3+作为中心离子，CO32-、OH-作为配位离子，OH-的半径小，所带电荷少，CO32-半径大，所带电荷多，故OH-的配位能力强，因此，OH-优先与Ca2+、Al3+配位形成水滑石层板结构，而CO32-处于层间中和层板多余的正电荷，形成可调变层间阴离子。实现了钙铝水滑石的“一锅法”合成，只需将三种原料一起加到球磨机中，控制球磨条件，干磨2～4h，再进行微波水热晶化即可。采用微波水热晶化有利于改善产物的晶相形貌，并且可以进一步缩短反应时间。本专利技术采用“一锅法干磨”+“微波水热晶化”的方法，通过“一锅法干磨”和“微波水热晶化”两个步骤之间的协同，同时控制“一锅法干磨”步骤中球料质量比、球磨转速、磨球的规格和比例，控制“微波水热晶化”的微波功率、晶化温度和时间，使得所制备的产物结构单一，产率高，且大大缩短了反应时间。相比于现有的钙铝水滑石的制备方法，本专利技术具有工艺流程简单、耗时短、操作方便、产率高(产率达90％以上)、产物结构单一等优点，适合于工业化大规模生产。作为优选的方案，所述小、中、大磨球的数量比为1：3：6。在该比例下更有利于得到结构单一的产品。作为优选的方案，所述干磨过程中球磨机的转速为220～250r/min。作为优选的方案，所述微波水热晶化步骤具体为：将固液混合物置于微波水热反应釜中，微波功率控制在700～750W，晶化温度控制在75～85℃，晶化时间为5～10min。作为优选的方案，所述氢氧化钙、氢氧化铝和碳酸钠的粒度均大于200目。作为优选的方案，所述水的加入量为固体混合物质量的1～3倍。作为优选的方案，所述水洗步骤具体是指：用自来水或去离子水将晶化后的产物洗涤至中性。作为优选的方案，将所述水洗步骤和过滤步骤得到的废水经浓缩后得到副产品氢氧化钠。作为优选的方案，所述氢氧化钙、氢氧化铝和碳酸钠的投料摩尔比为8：2：(1～4)，所述钙铝水滑石的分子式为Ca8Al2(OH)20CO3·6H2O。通过本专利技术的特殊的制备方法可制备得到具有新型结构的钙铝水滑石产品(Ca8Al2(OH)20CO3·6H2O)，该钙铝水滑石中钙和铝的原子比提高到4：1(现有钙铝水滑石钙铝原子比多为3：1或以下)，有效降低了原材料成本(氢氧化铝比氢氧化钙贵)。并且，根据计算，由于钙离子半径比铝离子半径大得多，钙铝比增加到4：1，可以使水滑石层板间距离达到最大，使得层板间的可调变层间阴离子可以更好地被种类更多的阴离子交换，从而获得后续更广泛的应用。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：(1)本专利技术的制备方法，在合成方面，将氢氧化铝与氢氧化钙的反应、氢氧化铝和氢氧化钙的反应产物与碳酸钠之间的阴离子交换反应，通过“一锅法”在球磨机中干磨完成，有效简化了钙铝水滑石的制备流程，缩短了制备时间，简化了反应操作，提高了生产效率。(2)本专利技术的制备方法，通过“一锅法干磨”和“微波水热晶化”两个步骤之间的协同，通过控制“一锅法干磨”步骤中球料质量比、磨球的规格和比例，控制“微波水热晶化”的微波功率、晶化温度和时间，使得所制备的产物结构单一，产率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钙铝水滑石的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将氢氧化钙、氢氧化铝和碳酸钠加入球磨机中，球料质量比控制在(8～12)：1，球磨转速为200～500r/min，干磨2～4h，得固体混合物，球磨过程所用磨球分为小、中、大三种规格，小、中、大磨球的直径分别为5mm、8mm和10mm，小、中、大磨球的数量比为(1～2)：(2～3)：(5～7)；将所得固体混合物与水混合形成固液混合物，再将固液混合物进行微波水热晶化，微波功率控制在600～800W，晶化温度为70～90℃，晶化时间为5～20min；然后依次经过滤、水洗、干燥，即得钙铝水滑石。

【技术特征摘要】
1.一种钙铝水滑石的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将氢氧化钙、氢氧化铝和碳酸钠加入球磨机中，球料质量比控制在(8～12)：1，球磨转速为200～500r/min，干磨2～4h，得固体混合物，球磨过程所用磨球分为小、中、大三种规格，小、中、大磨球的直径分别为5mm、8mm和10mm，小、中、大磨球的数量比为(1～2)：(2～3)：(5～7)；将所得固体混合物与水混合形成固液混合物，再将固液混合物进行微波水热晶化，微波功率控制在600～800W，晶化温度为70～90℃，晶化时间为5～20min；然后依次经过滤、水洗、干燥，即得钙铝水滑石。2.根据权利要求1所述的钙铝水滑石的制备方法，其特征在于，所述干磨过程中球磨机的转速为220～250r/min。3.根据权利要求1所述的钙铝水滑石的制备方法，其特征在于，所述微波水热晶化步骤具体为：将固液混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘丰良，王俊杰，杨彩娟，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43