3M2 /M3 (Co-Mg-Al)类水滑石的合成和表征
2023-05-25 09:05
论文总字数：8543字
摘 要
本论文用共沉淀法合成[M2 ]/[M3 ]=3水滑石（HT）样品即3Mg–Al水滑石（HT）样品，还有一定比例的Co，Mg，Al三元类水滑石（HTLcs）样品。此外，本论文应用X-射线衍射（XRD）、差热（DSC），BET比表面积测试法（BET）三种分析测试方法对样品进行研究及表征。结果表明：采用共沉淀法制备的上述水滑石类化合物结晶度较高，结构规整，具有良好的层状结构和热稳定性。关键词：水滑石类化合物，合成，表征
Abstract: This paper using coprecipitation synthesis [M2 ] / [M3 ] = 3 hydrotalcite (HT) samples or 3 Mg - Al hydrotalcite (HT) samples, there is a certain proportion of Co, Mg, Al class ternary hydrotalcite (HTLcs) samples. In addition, this paper applies the X - ray diffraction (XRD) and differential thermal (DSC) and BET specific surface area test (BET), three methods of analysis to conduct research and characterization of the sample. The results show that the coprecipitation preparation of the hydrotalcite high crystallinity, neat structure, has good layer structure and thermal stability.
Keywords: hydrotalcite-like compounds, synthesize, characterization
目 录
1. 前言 3
1.1 水滑石和类水滑石的组成和结构 3
1.2 水滑石及类水滑石的应用 4
1. 3 本论文的主要内容和意义 4
2 实验 4
2.1 仪器 4
2.2 试剂 4
2.3 样品的制备 4
2.4 样品的表征 5
3 结果与讨论 6
3.1 水滑石以及类水滑石XRD 6
3.2 水滑石以及类水滑石热稳定性分析 6
3.3混合氧化物样品的XRD 10
3.4 混合氧化物样品的BET 12
4 结 论 13
5 参考文献： 14
6 致谢 15
1. 前言
镁铝水滑石(Mg/Al Layered double hydroxides 简称Mg/Al-LDHs)又叫双金属氢氧化物或阴离子性黏土，它是一种典型的层状阴离子型化合物[1],天然存在的水滑石大都是镁铝水滑石，其层间阴离子主要为 CO32-。天然的镁铝水滑石在世界范围内非常有限，因此镁铝水滑石的工业化生产和应用已引起国内外专家们密切关注。Mg/Al-LDHs的合成方法很多，其中共沉淀法、水热合成法、离子交换法、微波辐射法是合成Mg/Al-LDHs的常用方法[2]。
1.1 水滑石和类水滑石的组成和结构
镁铝水滑石(Layered double hydroxides，LDHs）是一类由层间阴离子和层板间由两种或多种不同价态的金属氧化物所构成的层状化合物，结构通式为: [M2 1-xM3 x(OH)2]z [An-]z/n·mH2O。其中M2 、M3 分别代表 2， 3价金属阳离子，A 代表阴离子，n代表阴离子价数，m 代表结晶水数目，x 为 3价阳离子在阳离子总数中所占分数［3,14,15］，由于M2 部分地被M3 取代，导致羟基层上正电荷的积累，这些正电荷被位于层间的An-中和An-与层板以静电力及通过层间H2O或层板上的OH，以氢键的方式结合起来，使LDHs结构保持电中性。LDHs的层间距随层板金属离子和层间阴离子种类不同而变化[4]。LDHs的结构如图1所示。
图 1 水滑石类化合物结构图
通过图1，我们更清楚了解水滑石及类水滑石的结构。通过水滑石类化合物分子式可以反映出其层状结构中所含元素的种类，表明合成各种各样化学计量不同的化合物是可能的。
1.2 水滑石及类水滑石的应用
层状双羟基复合金属氧化物（Layered Double Hydroxide, LDH）是水滑石（Hydrotalcite,HT）和类水滑石化合物（Hydrotalcite-Like Compounds, HTLcs）的统称，由这些化合物插层组装的一系列超分子材料称为水滑石类插层材料（LDHs）。因水滑石及类水滑石特殊的层状结构及物理化学性质，在一定条件下进行焙烧可以使其层间水和羟基离子及碳酸根离子丢失而制得比表面积较高的混合氧化物，在催化功能方面具有多样性、又因为其结构上的确定性，以及制备方便、价格便宜等原因导致在近年来在得到较多重视，在有机合成，催化剂载体，环境化学，塑料工艺，电工行业，医药方面，以及高分子材料方面都有应用，已成为近年来材料科学领域的热点之一[5，6]。
1. 3 本论文的主要内容和意义
目前，有很多对HT或HTLcs应用很广泛，比如作为催化剂或催化剂载体或进行制备与性质等方面的研究的报导，列如研究钴铜铝水滑石类化合物的合成及其对甲酚的催化性能，除此之外还探究二价和三价同时部分替换的合成类水滑石比只有二价部分替换的合成类水滑石在相同条件下是否要难。本文主要内容用共沉淀法合成了与HT结构类似的含有Co、Mg、Al三元HTLcs，其中[M2 ]/[M3 ]=3,并将制得的HTLcs煅烧得到相应的混合氧化物，本实验采用了XRD， DSC和BET的测试技术进行表征。
2 实验
2.1 仪器
电子天平，烘箱，电阻炉，马弗炉，SCINTXTRA（瑞士，ARL）X-射线衍射仪，差热热重联用测量装置，BET比表面积测试仪。
2.2 试剂
氢氧化钠，无水碳酸钠，硝酸钴，硝酸镁，硝酸铝（试剂皆为A.R）。
2.3 样品的制备
水滑石是一种具有层状结构的阴离子粘土 ,其结构类似于水镁石 ,化学通式为[M2 1-xM3 x(OH)2]z [An-]z/n·mH2O。本实验采用共沉淀法制备[M2 ]/[M3 ]=3 的Mg/Al HT以及Co/Mg/Al三元HTLcs。按一定比例将Co(NO3)2·6H2O、 Mg(NO3)2·6H2O、Al(NO3)3.9H2O配制成100ml阳离子浓度为1mol·L-1硝酸盐水溶液Ⅰ（如表1）（其中， [M2 ]﹕[M3 ]=3﹕1）,再将氢氧化钠和无水碳酸钠也按一定比例配制成100ml溶液Ⅱ（[OH-]=2[M2 ] 2[M3 ],[CO32-]=0.5[M3 ]）。在500ml烧杯中预先加入100ml蒸馏水并将烧杯放在恒定温度60℃水浴锅，将溶液Ⅰ和Ⅱ在并流操作条件下逐滴加入烧杯中，不断搅拌，维持溶液的PH恒定在9～10，30分钟加完。陈化一段时间（一般30到60分钟），抽滤，洗涤至PH为中性。将滤饼在120℃烘箱中烘干24小时，得到Mg/Al HT以及Co/Mg/Al三元HTLcs样品。在马弗炉中600℃焙烧6小时，制得混合氧化物[7]
表1:数据[M2 ]/[M3 ]=3
