專利名稱：一種水化氯鋁酸鈣的合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明系一種水化氯鋁酸鈣的合成方法，屬于水處理吸附劑技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
粘土是地球上最常見的無機(jī)高分子材料。世界上每年有數(shù)億萬噸的粘土或粘土礦
物質(zhì)按照不同的特性應(yīng)用在陶瓷、建筑材料、油田鉆探液漿、鑄造模具、藥物等方面，
用作催化劑(或催化劑載體)、吸附劑、離子交換劑和阻燃劑等功能材料。粘土材料通
常分作陽離子型粘土和陰離子型粘土(層狀復(fù)合氫氧化物L(fēng)DHs)兩大類，前者廣泛存
在于自然界，后者天然儲量低但相對較易合成且工業(yè)化生產(chǎn)的成本低。陽離子型粘土
通常由天然礦物加工獲取，而陰離子型粘土材料則主要由化學(xué)合成法制備。出于對污
染問題和工業(yè)過程最優(yōu)化的考慮，需要用環(huán)境友好型固態(tài)催化劑和制劑替代液態(tài)酸、
堿催化劑和傳統(tǒng)的高污染化學(xué)品。陰離子型粘土由于應(yīng)用的高度普適性、結(jié)構(gòu)的可調(diào)
控性及合成因素變化的寬泛性和制備成本的低廉等優(yōu)勢，常被看作最具應(yīng)用前景的新
型環(huán)境友好材料。人們對LDHs各種用途進(jìn)行過大量的研究工作，并有望在不遠(yuǎn)的將
來在更多的新型領(lǐng)域取得重大突破。 但目前來說，LDHs的合成方法有
1. 直接合成法
許多種水滑石都可以直接合成。例如，含的鎂鋁水滑石可將鎂、鋁的硝酸鹽配成 溶液,在室溫下加入堿液,調(diào)節(jié)溶液pH值,晶化,洗滌，干燥即得產(chǎn)品。
2. 離子交換法
利用水滑石陰離子的可交換性，將所需插入的陰離子與水滑石層間的陰離子在一 定條件下進(jìn)行交換。此法是在和在堿性介質(zhì)中不穩(wěn)定,或當(dāng)陰離子沒有可溶性鹽的時 候采用。離子交換反應(yīng)進(jìn)行的程度與離子的交換能力、層的溶脹與溶脹劑、交換過程 中的pH值以及曾伴電荷密度等因素有關(guān)。
3. 焙燒復(fù)原法
焙燒還原法是將一定溫度下焙燒的水滑石類材料加入到含某種陰離子的水溶液 中,會使這類材料的層柱結(jié)構(gòu)發(fā)生重建，溶液中的陰離子會進(jìn)入層問,形成新的柱狀水滑石材料。采用焙燒還原法時,一定要注意母體材料的焙燒溫度。 一般而言,焙燒溫度 不要超過500 'C，溫度過高會形成尖晶石，使結(jié)構(gòu)不能重建。此法通常用于合成陰離 子體積較大的水滑石類化合物,特別適合于各種含氧酸鹽、有機(jī)酸鹽等陰離子。利用 此法制備水滑石化合物受Mg-Al比、干燥條件、焙燒溫度、焙燒時間、pH值等因 素的影響，尤其煅燒溫度對催化劑堿性和比表面積有較大影響。在500 800 'C，隨著 煅燒溫度的升高，催化劑堿性中心數(shù)量減少，比表面積降低,催化活性下降。 4.水熱法
水熱法制備氫氧化物的方法就是采用含有可以形成水滑石的2價和3價金屬陽 離子的氧化物或者氫氧化物,與堿溶液一起混和,在高溫、高壓下進(jìn)行水熱處理。由于 在高溫下,金屬氧化物或者氫氧化物的原子重新排列，從而形成水滑石類化合物。常用 的氧化物或者氫氧化物為A1203， MgO， Mg(OH)2等
以上方法存在耗能大，效率低，原料昂貴等一些問題。
水化氯鋁酸鈣(也叫Friedel化合物)是一個比較陌生的化合物，化學(xué)式為3CaO A12O3*CaC12*10H2O，同時也是混凝土材料在海水環(huán)境中的一個熱力學(xué)穩(wěn)定相，誘 導(dǎo)它的形成是抑制海工混凝土鋼筋銹蝕的材料設(shè)計基礎(chǔ)。水化氯鋁酸鈣對重金屬，磷 等污染物都有較好的去除能力。
黨W陽離:？i的曰，、m禾S々'葉休〉A(chǔ)^頭
C032-X)H-〉S042-〉HP042-〉F-〉Cl-〉B-〉N03-〉I-;含有N03-和Cl-的LDH通常被認(rèn)為 是離子交換反應(yīng)最理想的前驅(qū)體。本專利合成的水化氯鋁酸鈣就是有廣泛運用價值的 Cl-LDHs。
由于LDHs的層間結(jié)構(gòu)、陰離子的可交換性以及其記憶效應(yīng)，廣泛運用于吸附、 催化，阻燃等領(lǐng)域。但是一般其合成方法比較復(fù)雜，有共沉淀法，溶膠凝膠法離子交 換法，焙燒柱撐法等，但一般條件控制比較嚴(yán)格或者耗能較高，大規(guī)模生產(chǎn)不便或成 本過高。本發(fā)明開發(fā)新型的廉價、方便可行的水化氯鋁酸鈣合成方法。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種廉價、能耗低和工藝簡便的水化氯鋁酸鈣的合成方法。 本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的。
4一種水化氯鋁酸鈣的合成方法，其特征在于該方法具有以下的工藝過程和步驟
a. 將CaCl2、Ca(OH)2和CA50型鋁酸鹽水泥按質(zhì)量比為24:31:45稱取粉末，Ca(OH)2 和鋁酸鹽水泥分別研磨并過80目篩；將CaCl2加入錐形瓶并加入適量的去離子水 溶解，再將Ca(OH)2投入錐形瓶中，進(jìn)行超聲波振動和機(jī)械攪拌，待渾濁液分散 均勻時，在20min左右內(nèi)勻速緩緩?fù)度脘X酸鹽水泥；
b. 將錐形瓶取出，封口后放入恒溫水浴振蕩器中在30 50。C下振蕩24 72h;將錐 形瓶中樣品抽濾后取固體樣在65°C烘干，即得到合成的水化氯鋁酸鈣為主的微顆 粒。
所述的CA50型鋁酸鹽水泥指符合國標(biāo)GB 201-2000，在鋁酸鹽水泥中Al元素以 可以水化的CA， C2A， C3A等型式存在。所述的超聲波振動和機(jī)械攪拌能在對應(yīng)容 器內(nèi)制造超聲波微區(qū)振動場，并在機(jī)械攪拌槳或磁力攪拌器全局?jǐn)噭酉率挂后w內(nèi)小顆 粒充分混合均勻接觸。CaCl2， Ca(OH)2參與鋁酸鹽水泥的水化反應(yīng)過程，使其最后合 成的產(chǎn)物主要成分為水化氯鋁酸鈣，具有Ca/Al層狀結(jié)構(gòu)，其化學(xué)式為 3CaO.Al2O3.CaCl2.10H2O。
發(fā)明效果目前未有工業(yè)大批合成水化氯鋁酸鈣的方法，現(xiàn)有能找到的實驗室合
成水化氯鋁酸鈣方法有共沉淀法，高溫?zé)艭3A相合成法。其中高溫?zé)艭3A合成 法是用得比較多的方法，其將CaO和Al(OH)3反復(fù)1350°C加熱形成純C3A再與CaC12 合成水化氯鋁酸鈣。這種方法耗能高，不易大批合成。本方法直接采用鋁酸鹽水泥， 省去了合成C3A過程所需的大量能耗和工藝過程，方便地合成擁有環(huán)境治理潛力的 水化氯鋁酸鈣。
本發(fā)明利用CaCl2， Ca(OH)2與鋁酸鹽水泥中的CA,C2A等物質(zhì)共同水化形成水 化氯鋁酸鈣的原理，達(dá)到合成的效果。根據(jù)XRD(X射線衍射)分析的圖譜可以證明物 質(zhì)成分，XRD三強(qiáng)線非常明顯，有很明顯層狀結(jié)構(gòu)，并且與ICCD (衍射數(shù)據(jù)國際中心) 的PDF2-2004數(shù)據(jù)庫中卡片號為31-0245的圖譜相對應(yīng)。合成物化學(xué)式為 3CaOAl2O3'CaCl2'10H2O表明合成成功。
本方法通過水作用下固相之間的混合水合反應(yīng)，合成具有污染物束縛能力的、 LDHs的特殊結(jié)構(gòu)及其陰離子可交換性、記憶效應(yīng)等特性和化合物。為廉價合成LDHs 提供了新途徑，同時也得到一種污染物吸附劑的量產(chǎn)方法。本發(fā)明的特點本發(fā)明巧妙利用CaCl2， Ca(OH)2與鋁酸鹽水泥的特性，CaCl2 提供鈣源和氯源，Ca(OH)2提供鈣源和保持pH，簡便巧妙地合成水化氯鋁酸鈣。且 本發(fā)明采用廉價原料鋁酸鹽水泥、CaCl2， Ca(OH)2，工序簡便，使得大規(guī)模合成水化 氯鋁酸鈣成為可能，有很大的環(huán)境潛力。水化氯鋁酸鈣對多種重金屬，磷等污染物都 有較好的去除能力，是一種新穎高效的環(huán)保材料?？蓮V泛用于廢水的吸附處理。
圖1合成裝置圖
圖2合成工藝流程圖
圖3合成水化氯鋁酸鈣的XRD分析圖
具體實施例方式
現(xiàn)將本發(fā)明的具體實施例敘述于后。 實施例l
具體合成路線如圖2所示。將CaCl2， Ca(OH)2， CA50型鋁酸鹽水泥的粉末以質(zhì) 量分別為24g， 31g， 45g稱好，Ca(OH)2和鋁酸鹽水泥分別研磨并過80目篩。先將 CaCl2加入錐形瓶并加入400g去離子水溶解，再將稱好的Ca(OH)2投入錐形瓶中，開 始超聲波振動加機(jī)械攪拌。待渾濁液分散均勻時，在20min左右內(nèi)勻速緩緩?fù)度脘X酸 鹽水泥后從超聲波振動和機(jī)械攪拌中取出，封口放入恒溫水浴振蕩器中40。C溫度下 振蕩72h。震蕩過后將錐形瓶中樣品抽濾后取固體樣65。C烘干，即得到合成的水化 氯鋁酸鈣為主的微顆粒，其生成產(chǎn)物化學(xué)式為3CaOAl2O3'CaClr10H2O。
權(quán)利要求
1、一種水化氯鋁酸鈣的合成方法，其特征在于該方法具有以下的工藝過程和步驟a. 將CaCl2、Ca(OH)2和CA50型鋁酸鹽水泥按質(zhì)量比為24∶31∶45稱取粉末，Ca(OH)2和鋁酸鹽水泥分別研磨并過80目篩；將CaCl2加入錐形瓶并加入適量的去離子水溶解，再將Ca(OH)2投入錐形瓶中，進(jìn)行超聲波振動和機(jī)械攪拌，待渾濁液分散均勻時，在20min左右內(nèi)勻速緩緩?fù)度脘X酸鹽水泥；b. 將錐形瓶取出，封口后放入恒溫水浴振蕩器中在30～50℃下振蕩24～72h；將錐形瓶中樣品抽濾后取固體樣在65℃烘干，即得到合成的水化氯鋁酸鈣為主的微顆粒。
全文摘要
本發(fā)明系一種水化氯鋁酸鈣的合成方法，屬于水處理吸附劑技術(shù)領(lǐng)域。該方法是在超聲波并攪拌條件下，將CaCl<sub>2</sub>、Ca(OH)<sub>2</sub>和鋁酸鹽水泥按質(zhì)量比為24∶31∶45在去離子水中混合均勻后，放入恒溫水浴振蕩器中振蕩24～72h；經(jīng)抽濾后烘干，CaCl<sub>2</sub>、Ca(OH)<sub>2</sub>參與鋁酸鹽水泥的水化反應(yīng)過程，使其最后合成這種層間為Cl離子的類LDH物質(zhì)—水化氯鋁酸鈣。為合成水化氯鋁酸鈣提供了新途徑，同時也得到一種污染物吸附劑的量產(chǎn)方法。
文檔編號C01F7/16GK101519221SQ200910046509
公開日2009年9月2日 申請日期2009年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月24日
發(fā)明者重 任, 夏耀軍, 弢 楊, 益?zhèn)シ? 偉 趙, 錢光人 申請人:上海大學(xué)