类水滑石的制备及表征

2012年2月第37卷第1期

贵州化工GuizhouChemicalIndustry

·17·

类水滑石的制备及表征

陈冬梅，陈森森，张朝平

（贵州大学化学与化工学院，贵州贵阳550025）

摘

Mg－AlLDHs、Co－AlLDHs系列水滑石，要：采用低饱和共沉淀法制备Zn－AlLDHs、通过X射线衍射

（XRD）、傅里叶红外光谱（FT－IR）、热重－差热分析（TG－DTA）等表征手段对上述样品进行分析和表征。结果表明：采用低饱和共沉淀法制备的上述水滑石结晶度较高，结构规整，具有良好的层状结构和热稳定性。

关键词：类水滑石；共沉淀法；层状结构中图分类号：O611．4

文献标识码：A

文章编号：1008－9411（2012）01－0017－03

水滑石类化合物（Layereddoublehydroxides，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

2+3+x+n

其中通式为：［M1－xMx（OH）2］（Ax/n）·mH2O，

－

稳定性。

1

1．1

实验部分

目标产物的制备

将Zn/Al投料比为3∶1的硝酸盐配成盐溶液。

M2+、M3+分别代表+2、+3价金属阳离子，A代表阴n代表阴离子价数，m代表结晶水数目，x为+离子，

3价阳离子在阳离子总数中所占分数［1］。由于M2+部分地被M取代，导致羟基层上正电荷的积累，这

n

An与层板以静电些正电荷被位于层间的A中和，

－

－

称Zn（NO3）2·6H2O30．13g和Al（NO3）3·9H2O13．51g加入到135mL的去离子水中配成盐溶液，另取NaOH10．41g和Na2CO37．62g加入到135mL去离子水中配成碱溶液。将两种溶液在充分搅拌下，同时滴加到108mL的去离子水中，控制pH=10±0.2。然后在70℃下回流晶化6h，抽滤，水洗至中70℃干燥24h，性，制得Zn－AlLDHs。

Mg－AlLDHs及Co－AlLDHs的制备同Zn－AlLDHs。1．2

分析测试

Ka射线，采用X射线粉末衍射仪（Cu，石墨单管电压为40kV，管电流为30mA，扫描范围为色器，

10°～70°，扫速为5（°）/min，每点计数为4s）表征样品的晶体结构；采用德国布鲁克VERTEX70型红外

－1

光谱仪（分辨率为4．0cm，扫描速度16张/s，干涉

3+

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性

［2］

。水滑石类化合物独特的阴离子可交换性［3］，

［4］

［5］

，结构的“记忆效应”及热稳定

孔径的可调变

［6］

等赋予其特殊性能，使其广泛应用于医疗卫生、

［7］

高分子材料、吸附剂、添加剂及稳定剂等领域。类水滑石族已成一类非常有潜力的无机化合物家族

。

LDHs的制备方法有很多，目前，主要包括共沉淀法，离子交换法，焙烧复合氧化物复原法，阴离子前驱体柱撑法等等，其中共沉淀法是制备LDHs最基本也是常用的方法，该方法的优点是适用范围较广，产品品种较多，几乎所有的M

2+

扫描范围为仪为自动校准麦克尔逊干涉仪，4000cm－1～400cm－1）对样品进行红外表征。

采用北京光学仪器厂PCT－1A型差热天平表征样品的热分解行为，升温速率为10℃/min，温度范围：70℃～600℃。

和M

3+

都可以用

此方法制备得到相应的LDHs。本文采用低饱和共Mg－AlLDHs、Co－Al沉淀法制备Zn－AlLDHs、

LDHs系列水滑石，通过X射线衍射（XRD）、傅里叶红外光谱（FT－IR）、热重－差热分析（TG－DTA）等一系列的表征手段以考察类水滑石的结构特性和热

*

3结果与讨论

2009（064）］基金项目：贵州大学自然科学青年科研基金［

收稿日期：2011－10－11

E－mail：sci．dmchen@gzu．edu．cn；通讯作者：张朝平（1941作者简介：陈冬梅（1980－），女，硕士，讲师，主要从事无机功能材料方面研究，

－），E－mail：cpingzhang@163．com。男，教授，研究方向为纳米材料和生物无机化学，

·18·3．1

结构分析

贵州化工GuizhouChemicalIndustry

2012年2月第37卷第1期

2－

吸收峰为一个较为对称的单峰，说明层间的CO3

Zn－AlLDHs、Co－Al图1为Mg－AlLDHs、

LDHs的XRD谱图。由图可知：Mg－AlLDHs在较弱的2θ角（2θ=11．6°）出现尖锐的（003）衍射峰，34．7°处出现强度随角度的增大，在2θ角为23．0°、（009）。此外，2θ比（003）衍射峰低的衍射峰（006）、

为60．8°处有一个衍射峰（110）；在相同角度范围Zn－AlLDHs、Co－AlLDHs出现了（003）、内，

（006）、（009）、（110）水滑石的特征峰，说明了它们具有规整的层状结构，结晶度较高。其中d003代表水滑石层间距，它与层间的阴离子半径及其与层板上的阳离子之间的相互作用有关。由于2θ的角度不同，层间距有所差异，由Bragg公式：nλ=2dsinθ（θ、d、x射线波长，λ分别表示布拉格角、晶面间距、其中采用铜靶的x射线波长为0．154nm）计算可知，Zn－AlLDHs、Co－AlLDHs表征Mg－AlLDHs、

（003）特征衍射峰对应的层间距分别为0．762nm，0.747nm，0．743nm

［8］

排列比较规整，对称性较高，是晶型比较完整的水滑石。系列水滑石在400cm

－1

～800cm－1上出现的峰

［10］

的不同是与主体层板上的O－M－O及M－O（M代表金属元素）键的振动有关

。

图2系列水滑石的FT－IR光谱图

a：Mg－AlLDHs；b：Zn－AlLDHs；c：Co－AlLDHs

。

3．2热稳定性分析

Mg－AlLDHs、Zn－AlLDHs、Co－AlLDHs系列

水滑石的DTA－TG曲线见图3

。

图3系列水滑石DTA－TG曲线

Mg－AlLDHs的DTA曲线存在两如图3所示，

个独立的吸热峰，对应的TG曲线有两个明显的失

图1

系列水滑石的XRD图

重台阶，说明Mg－AlLDHs的热分解有两个过程。200℃左右的吸热峰对应吸附水和层间水的脱除，属

［11］于物理失水，约13%，与文献报道的基本一致；

a：Mg－AlLDHs；b：Zn－AlLDHs；c：Co－AlLDHs

利用红外光谱可以得到层间阴离子、结晶水及层中晶格氧振动的有关信息。图2为系列水滑石的FT－IR分析图。三个样品分别在3482．8cm－1、3461．6cm－1、3482．8cm－1有一个较宽的吸收带，峰形相似，是由H2O分子的伸缩振动引起，这是由于样品表面和层间空隙吸收有一定数量的水分子。与自由－OH（约3600cm

－1

400℃左右的吸热峰对应层板羟基及层间碳酸根阴失重约25%，标志着层状结构的破坏，离子的脱除，形成固溶体

［12－14］

。

Co－AlLDHs的DTA曲线存在两个独立同样，

对应的TG曲线有两个明显的失重台阶，的吸热峰，

说明Co－AlLDHs的热分解有两个过程。200℃左右的吸热峰对应层间水的脱除，属于物理失水，失重约14%，跟与文献报道的基本一致

［15］

）相比，该峰向低波数发生明

［9］

2－

显位移，说明层间水分子与层间CO3离子及层板

羟基发生氢键作用

－1

；三个样品分别在

－1

；250℃左右的

1384.6cm、1363．4cm、1363．4cm归属为CO3CO3

2－

2－

－1

处出现的峰

2－

吸热峰是层间CO3阴离子以CO2形式脱除和

的反对称伸缩振动峰，与碳酸钙中的

－1

OH－离子先后分解的过程，失重约17%，导致层板结构塌陷，水滑石层状结构完全被破坏

［15］

的吸收峰位置（1429cm

2－

）相比，它的振动频

。

率向低波数方向发生了明显的位移，表明层间插入的CO3

离子与层间水分子存在氢键作用，而且此

Zn－AlLDHs的DTA曲线在200℃左右有一个吸热峰，对应的TG曲线上有一个失重台阶。说明

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陈冬梅等：类水滑石的制备及表征

·19·

Zn－AlLDHs在200℃附近层间水、层板羟基及层间碳酸根阴离子几乎同时脱除，并失去层状结构，此过程失重大约16%

［11］

［6］宋国君，孙良栋，李培耀．水滑石的合成、改性及其在功

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。

4结论

（1）采用低饱和共沉淀法制备出了Zn－AlLDHs、Mg－AlLDHs、Co－AlLDHs系列水滑石，通过XRD和FT－IR表征分析后表明，产品结晶度高，结构规整，具有良好的层状结构。

（2）由DTA－TG可知：Zn－AlLDHs、Mg－AlLDHs、Co－AlLDHs系列水滑石都具有较好的热稳定性，但结构热稳定性存在明显差异；Mg－AlLDHs、Co－AlLDHs水滑石在热分解中是先脱去层间水，后脱除层间羟基和层间碳酸根阴离子，两个过程是分开的；而Zn－AlLDHs则是层间水、层板氢氧基团及层间碳酸根阴离子几乎同时脱除。

参考文献：

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PreparationandCharacterizationofHydrotalcite－LikeCompound

CHENDong－mei，CHENSen－sen，ZHANGChao－ping

（ChemistryandChemicalEngineering，GuizhouUniversity，Guizhou550025，China）

Abstract：TheZn－AlLDHs、Mg－AlLDHsandCo－AlLDHspowderswerepreparedwithlow－super－satu-ration－co－precipitationmethod．ThepresentedsampleswerecharacterizedindetailbyX－raydiffraction（XRD），infraredspectroscopy（FT－IR）andthermo－gravimetricdifferentialthermalanalysis（TG－DTA）．Theresultsshowedthattheaboveseriesofhydrotalcitebylow－super－saturation－co－precipitationpossessedhighcrystallinity，overallplan，goodlayeredstructureandthermalproperties．

Keywords：Hydrotalcite－Like；co－precipitation；layeredstructure

新疆奎屯锦疆煤化工正式投产

1月22日，奎屯锦疆煤化工40万吨合成氨和70万吨尿素项目正式投产，并生产出第一袋尿素产品。据悉，奎屯锦疆煤化70万吨尿素。2007年以来，年产40万吨合成氨、新疆建设兵团七师与杭州锦江集团合作，先后投资工项目投资26．72亿元，

50亿元建成热电、。“十二五”煤矿、煤化工项目期末，预计实现总投资300亿元，形成年产化肥300万吨，共同打造以煤为原、“煤－电－化”料一体化经营的循环经济工业园区。