层状双氢氧化物及其衍生物似方镁石的制备方法

摘要

层状双氢氧化物及其衍生物似方镁石的制备方法，其特征是以工业酸性废水、废液中的无机盐类为有效成分，经无机化学反应合成制备而得层状双氢氧化物，再经高温煅烧制得其衍生物似方镁石。本发明是在处理废水、废液的同时制备LDH。既是一项废水处理新技术，又是一项LDH合成新技术。所制备的LDH或衍生的似方镁石材料可以作为其它行业废水、以及饮用水处理的净化剂，达到以废治废、资源综合利用。本发明大幅度降低生产LDH及其衍生产品的价格，使其适于实用。

说明书

技术领域：

本发明涉及非金属矿产资源深加工、无机化工及环境工程技术领域。更具体地说是层状双氢氧化物及其衍生物似方镁石的制备方法。

背景技术：

层状双氢氧化物(layer double hydroxide，简称LDH)，又称阴离子粘土(anion clay)，又称似滑石(talcite-like)、水滑石(hydrotalcire，简称HTs)。其基本结构式为：M_x²⁺M_y³⁺(OH)_2x+3y-nz(A^n-)mH₂O，M²⁺和M³⁺分别代表二价和三价阳离子，A^n-代表n价阴离子。LDH具有类似水镁石的层状结构，在水镁石的结构单元层中，二价阳离子部分被三价阴离子替代，产生结构正电荷。从而需要引入阴离子进入结构单元层间平衡结构正电荷。和一般粘土矿物类似，处于结构层间的阴离子与结构正电荷属于远程静电平衡，作用力较弱，其中的阴离子可以被其它的阴离子交换，因而LDH具有优异的阴离了交换性能。

LDH研究成为国际材料科学近10余年来研究的持续热点，其关键在于LDH的成分可以在较大范围内调控，特殊的结构和这种结构的物质具有一些特殊的性质以及有着广泛的应用前景。LDH在环保中的应用是国外学者均看好的应用领域，目前已经利用LDH作为先驱制造尖晶石结构的过渡金属催化剂。把LDH作为水处理吸附剂也已开展了较多的研究，显示出非常大的前景，特别是作吸附剂处理废水和饮用水中的磷酸根、砷酸根、硒酸根、铬酸根、硫酸根等高价含氧阴离子显示出很好的效果。目前存在的问题主要是研究者制备的LDH大多是化学试剂在较严格的实验条件下完成的制备，研究的技术不能放大，生产量小，成本高，很难在实际废水处理中应用。因而，尽管LDH的发现、研究已经几十年的历史，合成技术研究也已形成较多的成果，但把LDH作为水处理吸附剂进行应用，尚存在技术经济的问题。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种层状双氢氧化物及其衍生物似方镁石的制备方法。是以各种工业酸性废水、废液中的无机盐类为有效成分，在处理废水、废液的同时制备可用于废水、饮用水处理等领域的LDH产品，达到以废治废，资源综合利用之目的。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

本发明的技术特点是层状双氢氧化物是以工业酸性废水、废液中的无机盐类为有效成分，经无机化学反应合成制备而得。

本发明层状双氢氧化物的衍生物似镁石的制备特点是以所制备的层状双氢氧化物高温煅烧而成。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

本发明是以各种工业酸性废水、废液中的无机盐类为有效成分，在处理废水、废液的同时制备LDH。既是一项废水处理新技术，又是一项LDH合成新技术。所制备的LDH或衍生的似方镁石材料可以作为其它行业废水、以及饮用水处理的净化剂，达到以废治废、资源综合利用。由于本发明工艺是以废水处理为目的，兼顾LDH的制备，因而生产的LDH及其衍生产品的价格低廉，适于实用。

图1为X-射线粉末衍射图。

图2为以活性白土生产废水合成LDH透射电镜图象。

图3为合成LDH的X-光能谱图。

图4为煅烧LDH透射电子显微镜图象。

图5为煅烧LDH的X-光能谱图。

图6本发明生产工艺流程示意图。

具体实施方式：

本实施例中的层状双氢氧化物的制备是以工业酸性废水、废液中的无机盐类为有效成分。

本实施例适用的废水、废液包括：以膨润土、凹凸棒石粘土为原料生产活性白土、白碳黑的废水、废液，蒸发盐生产的卤水，酸洗废水、废液。从化学成分来说包括：含有Mg²⁺、Al³⁺、Cu²⁺、Co²⁺、Ni²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺的废水、废液。投加反应物料应使反应容器中Mg/Al、Cu/Al、Co/Al、Ni/Al比值在4∶1～1∶1。

对于以膨润土、凹凸棒石粘土为原料生产活性白土、活性二氧化硅的废水、废液，合成LDH投加的反应物料是碳酸盐岩，即石灰石、白云岩，或含白云石、方解石的其它材料，或石灰、石灰质材料，或为烧碱以及含烧碱的溶液。并通过材料的选择和匹配满足反应容器中Mg/Al比值在4∶1～1∶1。最佳比值在2∶1。

对于卤水类主要含镁的盐溶液或废液，以及含Cu²⁺、Co²⁺、Ni²⁺废水、废液，合成LDH投加的反应物料可以是偏铝酸钠等碱性铝盐溶液或废液，或烧碱以及含烧碱的溶液。维持反应器中Mg/Al(针对含镁溶液、废水)、或Cu/Al(针对含铜废水)、或Co/Al(针对含钴废水)、或Ni/Al(针对含镍废水)比值维持在4∶1～1∶1之间。最佳比值为2∶1。

具体实施中，通过控制反应终点pH值来控制LDH合成反应，终点pH值在8～10之间，最佳值为8.5。终点pH会影响合成产物中二价阳离子和三价阳离子的比值和层状双氢氧化物的性能。

通过激烈搅拌、控制反应温度达到LDH的良好结晶。其中，反应温度在10-95℃

以所制得的层状氢氧化物制备其衍生物似镁石，是通过高温煅烧而成。煅烧温度为200-600℃。

具体的生产工艺流程如图6所示。

LDH合成反应投料应根据废水、废液性质组成不同的原料，制备不同形式的LDH产品，并具有不同的应用。

由图1至图5所示，利用现代结构分析手段发现LDH在适当的温度下煅烧形成似方镁石结构的纳米粒级的多孔氧化物，具有较高活性，在水溶液中可以重新水化形成以羟基为层间阴离子的新型LDH。这种重新水化新生的LDH具有更好的离子交换性能，这也表明LDH可以通过此方式获得再生。

以本发明方法合成的LDH和煅烧产物具有如图1所示的X-射线粉末衍射图谱。图中，TT-LDH-60：凹凸棒石粘土为原料生产活性白土废水制备LDH。TT-LDH-300：由废水制备的LDH 300度煅烧产物——似方镁石结构。

此外，以本发明方法合成的LDH和煅烧产物具有如图2至图5所示的片状晶体形态。