含镍、钴或铝的超薄花状水滑石材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种含镍、钴或铝的超薄花状水滑石材料的制备方法，以预设浓度的三乙醇胺溶液作为沉淀剂，双氧水作为形貌调控剂，将无机金属盐溶解后滴加于上述溶液中，在预设温度下搅拌晶化，之后通过离心洗涤、干燥获得一种超薄装花状多元水滑石材料。本发明专利技术主要采用三乙醇胺作为沉淀剂，不仅使水滑石生长过程中反应体系的pH恒定可控，同时对水滑石超薄花状结构的形成具有一定的促进作用。此外，H2O2对水滑石中不同金属离子的比例和微观形貌都有一定的调节作用。本发明专利技术采用金属盐单滴法，不仅简化了操作步骤、避免了沉淀剂挥发对实验环境的污染及实验人员的直接性危害，整个制备过程原料易得、工艺简单安全、成本低，具有很强的普适性。适性。适性。

【技术实现步骤摘要】
含镍、钴或铝的超薄花状水滑石材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及多元层状氢氧化物制备
，尤其涉及一种含镍、钴或铝的超薄花状水滑石材料的制备方法。

技术介绍

[0002]层状双金属氢氧化物又被称为水滑石材料，主要应用于吸附、催化和药物载体等方面。由于水滑石材料具有比表面积大、元素及层间距灵活可调、元素分布高度均匀有序等特点，目前被广泛应用于吸附、药物载体、吸波以及阻燃等领域，特别是含镍、钴等元素的水滑石材料在催化、储能领域体现出更加优异的性能。
[0003]但是，此类水滑石目前所使用的沉淀剂一般为尿素、乌洛托品、氢氧化钠(需要配合缓蚀剂使用)或氨水等，反应体系中pH不易稳定维持。前者多采用水热法，危险系数较高。后者采用共沉淀法，操作复杂，制备过程中沉淀剂挥发易导致产物在反应液通道中生长、设备堵塞，同时因沉淀剂挥发还易导致工作环境污染等问题；因此，寻求制备工艺简单、安全、环保、原材料性质稳定的沉淀剂对大规模合成形貌稳定、尺寸统一的高纯度水滑石材料具有重要的实用价值。
[0004]因此，本领域技术人员亟需提供一种工艺简单、安全的含镍、钴或铝的超薄花状水滑石材料的制备方法，解决制备过程中沉淀剂挥发易导致产物在反应液通道中生长、设备堵塞，同时因沉淀剂挥发还易导致工作环境污染等问题；同时，采用合适的沉淀剂，使水滑石具有较大层间距和超薄纳米片结构。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种工艺简单、安全的含镍、钴或铝的超薄花状水滑石材料的制备方法，解决制备过程中沉淀剂挥发易导致产物在反应液通道中生长、设备堵塞，同时因沉淀剂挥发还易导致工作环境污染等问题；同时，采用合适的沉淀剂，使水滑石具有较大层间距和超薄纳米片结构。
[0006]本专利技术提供了一种含镍、钴或铝的超薄花状水滑石材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]步骤a、将无机金属盐溶于溶剂中，磁力搅拌至充分溶解并添加预设体积的H2O2溶液，得到金属盐前驱体溶液；
[0008]步骤b、将三乙醇胺溶于溶剂中，磁力搅拌至充分溶解，得到沉淀剂溶液；
[0009]步骤c、采用单滴法，将步骤a中的金属盐前驱体溶液按预设速度滴加至步骤b中的沉淀剂溶液中，并保持搅拌，获得水滑石前驱体反应溶液；
[0010]步骤d、将水滑石前驱体反应溶液通过水浴加热至预设温度，并保持搅拌，待预设时间晶化后停止加热，保持水浴搅拌直至自然冷却，获得水滑石材料悬浮液；
[0011]步骤e、对步骤d中的水滑石材料悬浮液进行离心洗涤，并在预设温度下干燥，获得超薄花状多元水滑石材料。
[0012]优选的，所述步骤a中，所述无机金属盐为Ni(NO3)2·
6H2O、Co(NO3)2·
6H2O或Al(NO3)3·
6H2O中任意2～3种。
[0013]优选的，其中无机金属盐中的二价金属盐与三价金属盐的摩尔比为2～4。
[0014]优选的，若无机金属盐为Ni(NO3)2·
6H2O和Co(NO3)2·
6H2O，则Ni(NO3)2·
6H2O:Co(NO3)2·
6H2O的摩尔比为0.5～2。
[0015]优选的，步骤a中，所述无机金属盐的总物质的量浓度为0.4～1.2M，所述溶剂为去离子水。
[0016]优选的，步骤a中，所述H2O2溶液的浓度为30wt.％，所述H2O2溶液的添加量占金属盐前驱体溶液中体积分数的0.1～10％。
[0017]优选的，步骤b中，所述三乙醇胺的物质的量浓度为1～3M，溶剂为去离子水。
[0018]优选的，步骤a中的金属盐前驱体溶液和步骤b中的沉淀剂溶液的体积比为1:1。
[0019]优选的，所述步骤c中，采用单滴法，按1～2mL/min的滴加速度，将步骤a中的金属盐前驱体溶液滴加至步骤b中的沉淀剂溶液中。
[0020]优选的，所述步骤d中，将水滑石前驱体反应溶液通过水浴加热至80～95℃，并保持搅拌，待3～10h晶化后停止加热，保持水浴搅拌直至自然冷却，获得水滑石材料悬浮液。
[0021]本专利技术提供的含镍、钴或铝的超薄花状水滑石材料的制备方法，具有以下优点：
[0022]1、本专利技术以三乙醇胺作为沉淀剂，相对于传统沉淀剂，除可以促进金属离子沉淀，同时，由于三乙醇胺的分子结构上存在未成键孤对电子，可以结合质子，所以显弱碱性，因其弱碱性不完全电离可维持整个水滑石生长过程中pH的稳定，同时还可以避免因沉淀剂挥发导致的反应通道阻塞或生产环境污染，此外不需要引入其他缓释剂或pH缓冲剂对水滑石成分进行调控；
[0023]2、本专利技术中由于三乙醇胺存在孤对电子，对金属离子的空间排布趋向具有一定的调节作用，从而起到了晶体生长控制和微观形貌调控的作用；
[0024]3、由于吸附在水滑石表面的三乙醇胺可吸附H
+
，可在其表面形成一层带电水膜，产生悬浮稳定效应，阻碍粒子之间的絮凝或团聚；三乙醇胺在水滑石生长过程中吸附于水滑石主体板层表面，抑制了水滑石纵向生长，对水滑石纳米片厚度具有一定调控作用；
[0025]4、本专利技术中三乙醇胺可以发生水化作用，插入水滑石层间后可对其水滑石层间距具有一定的调控作用，因此将三乙醇胺应用于水滑石材料制备可以对其微观形貌及层间距进行调控，从而获得大层间距、超薄花状水滑石材料；
[0026]5、本专利技术中H2O2具有一定的氧化性，可对体系中的变价元素的相对含量进行间接调控，并同时影响水滑石的微观形貌，可调节反应体系的氧化环境，对于变价金属如：Co
2+
向Co
3+
转化具有一定的调控作用，同时间接影响体系中的不同金属含量比；
[0027]6、通过H2O2可对水滑石中的镍钴比进行规律性调控，通过对比H2O2的引入方式，当H2O2随金属离子前驱体溶液同时滴加时镍钴比变化更加明显；H2O2的引入除可以改变材料中的镍钴比，还可以对水滑石的微观形貌进行规律性调控。
[0028]7、本专利技术采用单滴法，不仅简化了操作步骤、避免了沉淀剂挥发对实验环境的污染及实验人员的直接性危害，制备过程中不需要添加缓冲剂或以有机溶液为反应溶剂，制备方法简单易行、原料易得、工艺简单、安全、成本低且具有很强的普适性。
附图说明
[0029]图1为含镍、钴或铝的超薄花状水滑石材料的制备方法的流程图；
[0030]图2为实施例1中NiCo水滑石材料经X射线衍射仪分析的数据图；
[0031]图3为实施例1中NiCo水滑石材料经扫描电子显微镜扫描的微观形貌图；
[0032]图4为实施例2中NiCoAl水滑石材料经X射线衍射仪分析的数据图；
[0033]图5为实施例2中NiCoAl水滑石材料经扫描电子显微镜扫描的微观形貌图；
[0034]图6为实施例3中NiAl水滑石材料经X射线衍射仪分析的数据图；
[0035]图7为实施例3中NiAl水滑石材料经扫描电子显微镜扫描的微观形貌本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含镍、钴或铝的超薄花状水滑石材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤a、将无机金属盐溶于溶剂中，磁力搅拌至充分溶解并添加预设体积的H2O2溶液，得到金属盐前驱体溶液；步骤b、将三乙醇胺溶于溶剂中，磁力搅拌至充分溶解，得到沉淀剂溶液；步骤c、采用单滴法，将步骤a中的金属盐前驱体溶液按预设速度滴加至步骤b中的沉淀剂溶液中，并保持搅拌，获得水滑石前驱体反应溶液；步骤d、将水滑石前驱体反应溶液通过水浴加热至预设温度，并保持搅拌，待预设时间晶化后停止加热，保持水浴搅拌直至自然冷却，获得水滑石材料悬浮液；步骤e、对步骤d中的水滑石材料悬浮液进行离心洗涤，并在预设温度下干燥，获得超薄花状多元水滑石材料。2.根据权利要求1所述的含镍、钴或铝的超薄花状水滑石材料的制备方法，其特征在于，所述步骤a中，所述无机金属盐为Ni(NO3)2·
6H2O、Co(NO3)2·
6H2O或Al(NO3)3·
6H2O中任意2~3种。3.根据权利要求2所述的含镍、钴或铝的超薄花状水滑石材料的制备方法，其特征在于，其中无机金属盐中的二价金属盐与三价金属盐的摩尔比为2~4。4.根据权利要求2所述的含镍、钴或铝的超薄花状水滑石材料的制备方法，其特征在于，若无机金属盐为Ni(NO3)2·
6H2O和Co(NO3)2·
6H2O，则Ni(NO3)...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨凯，唐艺轩，潘丽梅，杨建，汪洋，李权，李倩，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：