層狀雙氫氧化物及其衍生物似方鎂石的製備方法
2023-05-26 12:22:06
專利名稱：層狀雙氫氧化物及其衍生物似方鎂石的製備方法
技術領域：
本發明涉及非金屬礦產資源深加工、無機化工及環境工程技術領域。更具體地說是層狀雙氫氧化物及其衍生物似方鎂石的製備方法。
背景技術：
層狀雙氫氧化物(layer double hydroxide，簡稱LDH)，又稱陰離子粘土(anion clay)，又稱似滑石(talcite-like)、水滑石(hydrotalcire，簡稱HTs)。其基本結構式為Mx2+My3+(OH)2x+3y-nz(An-)mH2O，M2+和M3+分別代表二價和三價陽離子，An-代表n價陰離子。LDH具有類似水鎂石的層狀結構，在水鎂石的結構單元層中，二價陽離子部分被三價陰離子替代，產生結構正電荷。從而需要引入陰離子進入結構單元層間平衡結構正電荷。和一般粘土礦物類似，處於結構層間的陰離子與結構正電荷屬於遠程靜電平衡，作用力較弱，其中的陰離子可以被其它的陰離子交換，因而LDH具有優異的陰離了交換性能。
LDH研究成為國際材料科學近10餘年來研究的持續熱點，其關鍵在於LDH的成分可以在較大範圍內調控，特殊的結構和這種結構的物質具有一些特殊的性質以及有著廣泛的應用前景。LDH在環保中的應用是國外學者均看好的應用領域，目前已經利用LDH作為先驅製造尖晶石結構的過渡金屬催化劑。把LDH作為水處理吸附劑也已開展了較多的研究，顯示出非常大的前景，特別是作吸附劑處理廢水和飲用水中的磷酸根、砷酸根、硒酸根、鉻酸根、硫酸根等高價含氧陰離子顯示出很好的效果。目前存在的問題主要是研究者製備的LDH大多是化學試劑在較嚴格的實驗條件下完成的製備，研究的技術不能放大，生產量小，成本高，很難在實際廢水處理中應用。因而，儘管LDH的發現、研究已經幾十年的歷史，合成技術研究也已形成較多的成果，但把LDH作為水處理吸附劑進行應用，尚存在技術經濟的問題。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是避免上述現有技術所存在的不足之處，提供一種層狀雙氫氧化物及其衍生物似方鎂石的製備方法。是以各種工業酸性廢水、廢液中的無機鹽類為有效成分，在處理廢水、廢液的同時製備可用於廢水、飲用水處理等領域的LDH產品，達到以廢治廢，資源綜合利用之目的。
本發明解決技術問題所採用的技術方案是本發明的技術特點是層狀雙氫氧化物是以工業酸性廢水、廢液中的無機鹽類為有效成分，經無機化學反應合成製備而得。
本發明層狀雙氫氧化物的衍生物似鎂石的製備特點是以所製備的層狀雙氫氧化物高溫煅燒而成。
與已有技術相比，本發明的有益效果體現在本發明是以各種工業酸性廢水、廢液中的無機鹽類為有效成分，在處理廢水、廢液的同時製備LDH。既是一項廢水處理新技術，又是一項LDH合成新技術。所製備的LDH或衍生的似方鎂石材料可以作為其它行業廢水、以及飲用水處理的淨化劑，達到以廢治廢、資源綜合利用。由於本發明工藝是以廢水處理為目的，兼顧LDH的製備，因而生產的LDH及其衍生產品的價格低廉，適於實用。
圖1為X-射線粉末衍射圖。
圖2為以活性白土生產廢水合成LDH透射電鏡圖象。
圖3為合成LDH的X-光能譜圖。
圖4為煅燒LDH透射電子顯微鏡圖象。
圖5為煅燒LDH的X-光能譜圖。
圖6本發明生產工藝流程示意圖。
具體實施例方式本實施例中的層狀雙氫氧化物的製備是以工業酸性廢水、廢液中的無機鹽類為有效成分。
本實施例適用的廢水、廢液包括以膨潤土、凹凸棒石粘土為原料生產活性白土、白碳黑的廢水、廢液，蒸發鹽生產的滷水，酸洗廢水、廢液。從化學成分來說包括含有Mg2+、Al3+、Cu2+、Co2+、Ni2+、Fe2+、Fe3+的廢水、廢液。投加反應物料應使反應容器中Mg/Al、Cu/Al、Co/Al、Ni/Al比值在4∶1～1∶1。
對於以膨潤土、凹凸棒石粘土為原料生產活性白土、活性二氧化矽的廢水、廢液，合成LDH投加的反應物料是碳酸鹽巖，即石灰石、白雲巖，或含白雲石、方解石的其它材料，或石灰、石灰質材料，或為燒鹼以及含燒鹼的溶液。並通過材料的選擇和匹配滿足反應容器中Mg/Al比值在4∶1～1∶1。最佳比值在2∶1。
對於滷水類主要含鎂的鹽溶液或廢液，以及含Cu2+、Co2+、Ni2+廢水、廢液，合成LDH投加的反應物料可以是偏鋁酸鈉等鹼性鋁鹽溶液或廢液，或燒鹼以及含燒鹼的溶液。維持反應器中Mg/Al(針對含鎂溶液、廢水)、或Cu/Al(針對含銅廢水)、或Co/Al(針對含鈷廢水)、或Ni/Al(針對含鎳廢水)比值維持在4∶1～1∶1之間。最佳比值為2∶1。
具體實施中，通過控制反應終點pH值來控制LDH合成反應，終點pH值在8～10之間，最佳值為8.5。終點pH會影響合成產物中二價陽離子和三價陽離子的比值和層狀雙氫氧化物的性能。
通過激烈攪拌、控制反應溫度達到LDH的良好結晶。其中，反應溫度在10-95℃以所製得的層狀氫氧化物製備其衍生物似鎂石，是通過高溫煅燒而成。煅燒溫度為200-600℃。
具體的生產工藝流程如圖6所示。
LDH合成反應投料應根據廢水、廢液性質組成不同的原料，製備不同形式的LDH產品，並具有不同的應用。
由圖1至圖5所示，利用現代結構分析手段發現LDH在適當的溫度下煅燒形成似方鎂石結構的納米粒級的多孔氧化物，具有較高活性，在水溶液中可以重新水化形成以羥基為層間陰離子的新型LDH。這種重新水化新生的LDH具有更好的離子交換性能，這也表明LDH可以通過此方式獲得再生。
以本發明方法合成的LDH和煅燒產物具有如圖1所示的X-射線粉末衍射圖譜。圖中，TT-LDH-60凹凸棒石粘土為原料生產活性白土廢水製備LDH。TT-LDH-300由廢水製備的LDH 300度煅燒產物——似方鎂石結構。
此外，以本發明方法合成的LDH和煅燒產物具有如圖2至圖5所示的片狀晶體形態。
權利要求
1.層狀雙氫氧化物的製備方法，其特徵是以工業酸性廢水、廢液中的無機鹽類為有效成分，經無機化學反應合成製備而得。
2.根據權利要求1所述的層狀雙氫氧化物的製備方法，其特徵是所述工業酸性廢水為含有Mg2+、或Al3+、或Cu2+、或Co2+、或Ni2+、或Fe2+、或Fe3+的廢水、或廢液。
3.根據權利要求2所述的層狀雙氫氧化物的製備方法，其特徵是具體製備步驟為a、投加反應物料來控制反應器中Mg/Al、Cu/Al、Co/Al、Ni/Al的比值，使它們在4∶1～1∶1，合成反應在激烈攪拌下完成；b、控制反應終點pH值在8～10之間；c、控制反應溫度達到LDH的良好結晶，反應溫度10-95℃；d、固液分離、洗滌；e、固體產物經乾燥、分散、包裝即為所得層狀雙氫氧化物產品。
4.根據權利要求3所述的層狀雙氫氧化物的製備方法，其特徵是所述工業酸性廢水、廢液是以膨潤土，或凹凸棒石粘土為原料生產活性白土、活性二氧化矽的廢水、廢液，合成LDH投加的反應物料是碳酸巖，或含白雲石、方解石材料，或石灰及石灰質材料，或為燒鹼以及含燒鹼的溶液。
5.根據權利要求3所述的層狀雙氫氧化物的製備方法，其特徵是所述工業酸性廢水、廢液為滷水類主要含鎂的鹽溶液或廢液，含Cu2+、Co2+、Ni2+廢水、廢液，合成LDH投加反應物料為偏鋁酸鈉等鹼性鋁鹽溶液或廢液，或燒鹼以及含燒鹼的溶液。
6.一種層狀雙氫氧化物的衍生物似方鎂石的製備方法，其特徵是以權利要求1所製備的層狀氫氧化物高溫煅燒而成。
7.根據權利要求5所述的似方鎂石的製備方法，其特徵是煅燒溫度為200-600℃。
全文摘要
層狀雙氫氧化物及其衍生物似方鎂石的製備方法，其特徵是以工業酸性廢水、廢液中的無機鹽類為有效成分，經無機化學反應合成製備而得層狀雙氫氧化物，再經高溫煅燒製得其衍生物似方鎂石。本發明是在處理廢水、廢液的同時製備LDH。既是一項廢水處理新技術，又是一項LDH合成新技術。所製備的LDH或衍生的似方鎂石材料可以作為其它行業廢水、以及飲用水處理的淨化劑，達到以廢治廢、資源綜合利用。本發明大幅度降低生產LDH及其衍生產品的價格，使其適於實用。
文檔編號C02F1/58GK1506315SQ0214852
公開日2004年6月23日 申請日期2002年12月10日 優先權日2002年12月10日
發明者陳天虎 申請人:合肥工業大學