專利名稱：一種制備納米鎂鋁水滑石的方法及其設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備納米鎂鋁水滑石的方法及其設(shè)備，具體說是一種以碳 酸氫銨為沉淀劑制備納米水滑石的方法及實施其方法的設(shè)備。
背景技術(shù)：
水滑石(Hydrotalcite，簡寫為HT)， Mg6Al2(OH)16C03*4H20，其結(jié)構(gòu)類似 于水鎂石Mg(OH》，由Mg06八面體共用棱邊形成層狀結(jié)構(gòu)，位于層上的Mg^ 可在一定范圍內(nèi)被A產(chǎn)同晶取代，使得Mg2、 Al3+、 OH"層帶有正電荷。層間有 可交換的陰離子CO,與層板上的正電荷平衡，使得整個結(jié)構(gòu)呈電中性。此外， 在氫氧化物層間同時存在著一些水分子，這些水分子可以在不破壞層狀結(jié)構(gòu)的 條件下去除。
在一定條件下，水滑石組成中的Mg^、 A產(chǎn)可被其它半徑相近的同價金屬離 子取代形成類水滑石(Hydrotalcite-like compounds,簡寫為HTLcs)，其組成通 式為" A:,wH20
其中M2^Mg2+、 Ni2+、 C、 Cu2+、 Zn2+等二價金屬陽離子，M3+=Al3+、 Cr3+、 F^+等三價金屬陽離子，M2+/M3+=2~10， An—為在堿性溶液中可穩(wěn)定存在的陰離 子，如C032—、 NO" OH"、 Cr、 S042_、 C6H4(COCT)2等無機和有機陰離子。由 于它們的主體成份一般是由兩種金屬的氫氧化物構(gòu)成的層狀結(jié)構(gòu)，因此又稱其 為層狀雙金屬氫氧化物(Layered double hydroxides,簡寫為LDHs)。水滑石和 類水滑石統(tǒng)稱為水滑石類層柱材料或陰離子型層柱化合物。
HT和LDHs是近年來興起的一種人工合成的層狀礦物材料，它們在化學(xué)、 化工領(lǐng)域可用作催化劑與催化劑載體在醫(yī)藥行業(yè)用作新一代抗酸與胃粘膜保 護劑；在功能性材料領(lǐng)域用作紅外、紫外吸收和阻隔材料；在塑膠行業(yè)，可用 作抗菌添加劑、阻燃劑和PVC穩(wěn)定劑；在環(huán)保領(lǐng)域，它們對許多有毒有害陰離 子有強烈的吸附作用，因此在水質(zhì)凈化、污水處理、污染防治和環(huán)境修復(fù)等方 面有廣闊應(yīng)用前景。
納米鎂鋁水滑石常用的制備方法為鹽溶液與堿溶液共沉淀法，所采用設(shè)備也
是常規(guī)的釜式反應(yīng)器。由于鹽與堿在反應(yīng)釜中的混合通過攪拌的方式實現(xiàn)，混 合很不充分，反應(yīng)界面小，存在濃度梯度，反應(yīng)速度和擴散速度較慢，因此先 沉淀的粒子上形成新沉淀粒子，新舊粒子的同時存在，同時生長，導(dǎo)致粒子尺 寸分布極不均勻。使合成材料的粒子尺寸和均分散性能受到很大影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可制備出納米尺寸、粒度分布均勻的鎂鋁水滑 石粉體、可降低鎂鋁水滑石生產(chǎn)的成本、同時簡化生產(chǎn)流程的制備納米鎂鋁水 滑石的方法。
本發(fā)明的目的還在于提供一種實施上述制備納米鎂鋁水滑石方法的設(shè)備。 本發(fā)明的技術(shù)方案在于采用碳酸氫銨與可溶性鋁鹽和鎂鹽配制鎂、鋁混 合鹽溶液反應(yīng)，其反應(yīng)步驟為配制鎂、鋁混合鹽溶液；再配制碳酸氫銨溶液； 將上述兩種混合溶液同時加入靜態(tài)混合器中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成鎂鋁水滑石微 晶；再經(jīng)過熟化反應(yīng)器使鎂鋁水滑石微晶生長，得到納米鎂鋁水滑石產(chǎn)品。
本發(fā)明的納米鎂鋁水滑石的沉淀、晶體生長分開，采用鎂、鋁鹽溶液與碳酸 氫銨溶液的共沉淀反應(yīng)，反應(yīng)在靜態(tài)混合器反應(yīng)器中進(jìn)行，其反應(yīng)表達(dá)式為 6MgS04+Al2(S04)3+l 8NH4HCQ3+3H20
—Mg6Al2C03(OH)16 4H20+9(NH4)2S04+17C02 其具體反應(yīng)步驟如下
A.將固體可溶性鋁鹽和鎂鹽加入到已經(jīng)計量好的水中，配制Mg"與Ar的 摩爾比為2. 0 3. 0: 1的混合鹽溶液；
B. 將碳酸氫銨加入到另一個容器中已經(jīng)計量好的水中，配制碳酸氫銨溶
液；
C. 反應(yīng)將步驟A,B中配制的兩種溶液分別用計量泵同時加入靜態(tài)混合
器反應(yīng)器中，經(jīng)固定在管內(nèi)的混合元件分散反應(yīng)后，經(jīng)出料口排出到熟化反應(yīng)
器；控制物料在反應(yīng)器內(nèi)的停留時間為5 20min,反應(yīng)溫度為5 4(TC;
D. 熟化步驟c中的物料進(jìn)入熟化反應(yīng)器后，在攪拌狀態(tài)下進(jìn)行熟化反 應(yīng)，熟化反應(yīng)采用在80 12(TC，時間為2 12小時；
E. 將熟化反應(yīng)后的物質(zhì)經(jīng)過分離、洗滌、干燥即得納米鎂鋁水滑石。
本發(fā)明所說的可溶性鋁鹽可以是結(jié)晶氯化鋁、硝酸鋁、硫酸鋁中的一種；
可溶性鎂鹽可以是氯化鎂、硝酸鎂或硫酸鎂中的一種。
本發(fā)明通過靜態(tài)混合器反應(yīng)生成的納米鎂鋁水滑石在熟化反應(yīng)器中熟化。
本發(fā)明所說的熟化反應(yīng)器是密閉的反應(yīng)釜,其攪拌速度為5、0轉(zhuǎn)/分鐘。
實施本發(fā)明所述制備方法的設(shè)備，包括靜態(tài)混合器，靜態(tài)混合器是一種高 效混合設(shè)備其內(nèi)部由一定規(guī)格的波紋板組裝而成的圓柱體，靜態(tài)混合器的混合 反應(yīng)過程是靠固定在管內(nèi)的混合元件進(jìn)行的，由于混合元件的作用，使流體時 而右旋時而左旋，不斷改變流動方向，不僅將中心液流推向周邊，而且將周邊 流體推向中心，從而造成良好的徑向混合效果.與此同時，流體自身的旋轉(zhuǎn)作 用在相鄰元件連接處的界面上亦會發(fā)生。這種完善的徑向環(huán)流混合作用，使流 體在管子截面上的溫度梯度、速度梯度和質(zhì)量梯度明顯減少。
所說的靜態(tài)混合器可以是SV或SX或SL中的一種。
經(jīng)過靜態(tài)混合器反應(yīng)生成的水滑石微晶，通過管道輸送到密閉的搪瓷反應(yīng) 釜內(nèi)。通過控制溫度及攪拌的速度和生長時間來生產(chǎn)出達(dá)到要求的納米鎂鋁水 滑石。
本發(fā)明用碳銨代替?zhèn)鹘y(tǒng)氫氧化鈉或尿素作為沉淀劑，采用液---液兩相共沉 淀反應(yīng)的靜態(tài)混合器進(jìn)行鎂、鋁鹽溶液與碳酸氫銨液的共沉淀反應(yīng)，使反應(yīng)和 成熟分開，分別控制晶體生成和生長條件，從而得到整齊均一，且粒徑在幾十 納米到幾百納米的較大范圍內(nèi)可調(diào)控的納米鎂鋁水滑石。本發(fā)明克服了現(xiàn)有技 術(shù)中晶粒太小，顆粒不均勻，晶粒的整體尺寸以及顆粒尺寸難以控制的缺陷， 制備出納米尺寸、粒度分布均勻的鎂鋁水滑石粉體。該方法可降低鎂鋁水滑石 生產(chǎn)的成本，同時簡化生產(chǎn)流程。
具體實施方式
實施例1
步驟A:將200.0g的固體硫酸鎂和87.3g的固體硫酸鋁(Mg / Al=3(mol /mol)溶于700ml水中配成混合鹽溶液，另稱取192.5g碳酸氫銨溶于700ml 水配成碳酸氫銨溶液。
步驟B:開動計量泵，將鹽溶液和碳酸氫銨溶液分別同時加入靜態(tài)混合 器反應(yīng)器中。
步驟C:將B步驟中反應(yīng)器流出的合成反應(yīng)物料倒入2000ml成熟釜后， 在攪拌狀態(tài)下進(jìn)行成熟，其攪拌速度為30轉(zhuǎn)/分鐘，80°C，時間為6小時。 步驟D:通過真空過濾分離母液。
步驟E:洗滌，干燥，粉碎經(jīng)過步驟D的物料，分離母液后用水洗滌 3次后經(jīng)過干燥，粉碎就得到納米鎂鋁水滑石。
實施例2
步驟A:將100.0kg的固體硫酸鎂和43.6kg的固體硫酸鋁(Mg / Al=3(mol / mol)溶于3501水中配成混合鹽溶液，另稱取96.2kg碳酸氫銨溶于3501水配 成碳酸氫銨溶液。
步驟B:開動計量泵，將鹽溶液和碳酸氫銨溶液分別同時加入靜態(tài)混合 器反應(yīng)器中。
步驟C:將B步驟中反應(yīng)器流出的合成反應(yīng)物料倒入1N^密閉的搪玻 璃反應(yīng)釜，在攪拌狀態(tài)下進(jìn)行成熟，其攪拌速度為10轉(zhuǎn)/分鐘，120°C，時間為 4小時。
步驟D:將成熟納米鎂鋁水滑石分離母液。
步驟E:洗滌，干燥，粉碎經(jīng)過步驟D的物料，分離母液后用水洗滌 3次后經(jīng)過干燥，氣流粉碎就得到納米鎂鋁水滑石。
權(quán)利要求
1. 一種制備納米鎂鋁水滑石的方法，其特征在于采用碳酸氫銨與可溶性鋁鹽和鎂鹽配制鎂、鋁混合鹽溶液反應(yīng)，其反應(yīng)步驟為配制鎂、鋁混合鹽溶液；再配制碳酸氫銨溶液；將上述兩種混合溶液同時加入靜態(tài)混合器中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成鎂鋁水滑石微晶；再經(jīng)過熟化反應(yīng)器使鎂鋁水滑石微晶生長，得到納米鎂鋁水滑石產(chǎn)品。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備納米鎂鋁水滑石的方法，其特征在于A. 將固體可溶性鋁鹽和鎂鹽加入到已經(jīng)計量好的水中，配制Mg"與Al3+ 的摩爾比為2. 0 3. 0: 1的混合鹽溶液；B. 將碳酸氫銨加入到另一個容器中已經(jīng)計量好的水中，配制碳酸氫銨溶液；C. 反應(yīng)將步驟A、 B中配制的兩種溶液分別用計量泵同時加入靜態(tài)混合 器反應(yīng)器中，經(jīng)固定在管內(nèi)的混合元件分散反應(yīng)后，經(jīng)出料口排出到熟化反應(yīng) 器；控制物料在反應(yīng)器內(nèi)的停留時間為5 20min，反應(yīng)溫度為5 40。C;D. 熟化步驟c中的物料進(jìn)入熟化反應(yīng)器后，在攪拌狀態(tài)下進(jìn)行熟化反 應(yīng)，熟化反應(yīng)采用在80 12(TC，時間為2 12小時；E. 將熟化反應(yīng)后的物質(zhì)經(jīng)過分離、洗滌、干燥即得納米鎂鋁水滑石。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備納米鎂鋁水滑石的方法，其特征是所 說的可溶性鋁鹽可以是結(jié)晶氯化鋁、硝酸鋁、硫酸鋁中的一種；可溶性鎂鹽可 以是氯化鎂、硝酸鎂或硫酸鎂中的一種。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備納米鎂鋁水滑石的方法，其特征是通過靜態(tài)混合器反應(yīng)生成的納米鎂鋁水滑石在熟化反應(yīng)器中熟化。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備納米鎂鋁水滑石的方法，其特征是所 說的熟化反應(yīng)器是密閉的反應(yīng)釜,其攪拌速度為5 40轉(zhuǎn)/分鐘。
6. —種實施權(quán)利要求1所述方法的設(shè)備，其特征在于該設(shè)備包括靜態(tài)混 合器，是一種高效混合設(shè)備其內(nèi)部由一定規(guī)格的波紋板組裝而成的圓柱體，靜 態(tài)混合器的混合反應(yīng)過程是靠固定在管內(nèi)的混合元件進(jìn)行的，由于混合元件的 作用，使流體時而右旋時而左旋，不斷改變流動方向，不僅將中心液流推向周 邊，而且將周邊流體推向中心，從而造成良好的徑向混合效果.與此同時，流 體自身的旋轉(zhuǎn)作用在相鄰元件連接處的界面上亦會發(fā)生。這種完善的徑向環(huán)流 混合作用，使流體在管子截面上的溫度梯度、速度梯度和質(zhì)量梯度明顯減少。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征是所說的靜態(tài)混合器可以是SV 或SX或SL中的一種。
全文摘要
一種制備納米鎂鋁水滑石的方法及其設(shè)備，其反應(yīng)步驟為配制鎂、鋁混合鹽溶液；再配制碳酸氫銨溶液；將上述兩種混合溶液同時加入靜態(tài)混合器中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成鎂鋁水滑石微晶；再經(jīng)過熟化反應(yīng)器使鎂鋁水滑石微晶生長，得到納米鎂鋁水滑石產(chǎn)品。本發(fā)明用碳銨代替?zhèn)鹘y(tǒng)氫氧化鈉或尿素作為沉淀劑，采用液-液兩相共沉淀反應(yīng)的靜態(tài)混合器進(jìn)行鎂、鋁鹽溶液與碳酸氫銨液的共沉淀反應(yīng)，使反應(yīng)和成熟分開，分別控制晶體生成和生長條件。本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中晶粒太小，顆粒不均勻，晶粒的整體尺寸以及顆粒尺寸難以控制的缺陷，制備出納米尺寸、粒度分布均勻的鎂鋁水滑石粉體。該方法可降低鎂鋁水滑石生產(chǎn)的成本，同時簡化生產(chǎn)流程。
文檔編號C01G1/00GK101381094SQ20071005312
公開日2009年3月11日 申請日期2007年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月3日
發(fā)明者徐志毅, 郭小川 申請人:襄樊市油建化工有限公司