本發(fā)明涉及一種簡化合成設備、提高合成效率的合成弗里德爾鹽技術(shù)，屬于簡化改進版實驗室合成弗里德爾鹽技術(shù)領域。

背景技術(shù)：

friedel鹽(fs，其分子式為3cao·al2o3·cacl2·10h2o)，由friedel在1897年首次被發(fā)現(xiàn)并報道，屬于雙層金屬氫氧化物(ldh),又被稱為ca-al水滑石，可以用來處理放射性、有毒物質(zhì)及廢水凈化。水鋁鈣石的層間陰離子具有可交換性，且在一定溫度范圍內(nèi)焙燒時所獲產(chǎn)物在水溶液中具有層狀結(jié)構(gòu)可恢復性，因此在水污染和固體廢物處理領域有很大應用價。工農(nóng)業(yè)廢水、生活污水和受污染的天然水體中，有害元素常以含氧陰離子的形式存在，friedel鹽自然成為處理上述水體的首選材料之一。近來將friedel鹽用于含重金屬污水的治理已受到關注。dai和zhang等報道了弗里德爾鹽對鉻和砷的吸附特很好。ma等對fs去除氧化鋁工業(yè)中的硅也做了研究，去除率達95％.。liu等用高溫法合成類似fs的水鋁鈣石去除溶液中鋅離子，效果也較好。

此外，弗里德爾鹽還是氯離子化學侵蝕混凝土形成的主要侵蝕產(chǎn)物，當前混凝土結(jié)構(gòu)破壞的原因之一就是氯離子引起的鋼筋銹蝕。綜上，friedel鹽合成的改進對污水處理的研究和對氯離子傳輸和侵蝕鋼筋混凝土的研究都有重要作用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

技術(shù)問題：本發(fā)明提出了一種實驗室合成弗里德爾鹽的方法，是一種提高合成效率的方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明的一種實驗室高效合成弗里德爾鹽的方法包括下列合成步驟：

第一步，準確量取cacl2溶液置于三頸瓶中，電熱套加熱控制溶液溫度在40±2℃之間；

第二步，將與cacl2溶液等體積的naalo2溶液用恒壓漏斗慢速滴入上述的三頸瓶內(nèi)；

第三步，在300-350r/min攪拌速度下反應5-10min后，向三頸瓶內(nèi)加入ca(oh)2；

第四步，繼續(xù)攪拌速度下反應30-40min，抽濾后得到白色沉淀；

第五步，用去離子水反復洗滌2-3次，置于真空干燥箱內(nèi)50±5℃真空干燥8-10h后用石英研缽研磨成粉；

第六步，超純水溶解充分攪拌后抽濾，再次放入真空干燥箱中干燥后得高純度弗里德爾鹽，為白色粉末狀。

其中，所述向三頸瓶內(nèi)加入ca(oh)2粉末的摩爾濃度與naalo2相同。

所述naalo2溶液摩爾濃度為cacl2摩爾濃度的二分之一。

合成所需儀器簡化為實驗室常見的真空泵、干燥箱、電熱套、三頸瓶、鐵架臺、恒壓漏斗和分析天平；通過多次試驗對比確定了最佳合成溫度為40℃；從合成結(jié)果上看，在改進后生成的目標產(chǎn)物純度高于原制備方法的同時，產(chǎn)物的產(chǎn)量提高了30％-50％。

有益效果：與之前的合成相比，改進合成弗里德爾鹽具有以下優(yōu)點：

1)合成儀器的簡化：將原本所需的反應器、蠕動泵等簡化為實驗室內(nèi)常見的三頸燒瓶、恒壓漏斗等儀器，使實驗室合成friedel鹽變得簡單。

2)通過設計不同合成溫度的配比，確定friedel鹽的最佳合成溫度為40℃。

3)通過加入ca(oh)2使反應向產(chǎn)物方向移動，在提高產(chǎn)物純度的同時，使目標產(chǎn)物的產(chǎn)量增加了30％-50％。

附圖說明

圖1為合成的fs改進前后x射線衍射分析對比圖譜，

圖2為改進后的fs掃描電子顯微鏡圖像。

具體實施方式

本發(fā)明的改進合成弗里德爾鹽的方法，合成所需儀器簡化為實驗室常見的真空泵、干燥箱、電熱套、三頸瓶、鐵架臺、恒壓漏斗和分析天平等；通過多次試驗對比確定了最佳合成溫度約40℃；從合成結(jié)果上看，改進后的產(chǎn)量約為原方法的1.3-1.5倍，改進后生成目標產(chǎn)物的純度也高于原制備方法。

實驗裝置

鄭州科豐儀器設備有限公司的shz-d(ⅲ)循環(huán)水式多用真空泵；

上海索普儀器有限公司的dzf-6050型真空干燥箱；

金壇市榮華儀器制造有限公司的jj-1型精密定時電動攪拌器和智能控溫電熱套；

實驗室電子分析天平一臺；

三頸瓶一個；

恒壓漏斗一個；

本發(fā)明的改進合成弗里德爾鹽的方法，包括以下步驟：

第一步，準確量取一定體積一定濃度的cacl2溶液置于三頸瓶中，電熱套加熱控制溶液溫度在40±2℃之間；

第二步，將等體積的naalo2溶液用恒壓漏斗慢速滴入上述的三頸瓶內(nèi)，要求naalo2溶液摩爾濃度為cacl2摩爾濃度的二分之一；

第三步，在300-350r/min攪拌速度下反應5-10min后，向三頸瓶內(nèi)加入ca(oh)2，要求加入的ca(oh)2的摩爾與naalo2相同；

第四步，繼續(xù)攪拌速度下反應30-40min，抽濾后得到白色沉淀；

第五步，用去離子水反復洗滌2-3次，置于真空干燥箱內(nèi)50±5℃真空干燥8-10h后用石英研缽研磨成粉；

第六步，超純水溶解充分攪拌后抽濾，再次放入真空干燥箱中干燥后得高純度弗里德爾鹽，狀為白色粉末。

本發(fā)明改進合成弗里德爾鹽所用原材料和儀器均為實驗室常見物品，沒有特殊說明的即為無特殊要求的市售普通品。

1.幾次試合成fs的純度和產(chǎn)量對比：

在總結(jié)現(xiàn)有合成方法的基礎上，綜合考慮反應熱效應和反應平衡，制備出了不同溫度下的friedel鹽，后用xrd-rietveld法定量分析產(chǎn)物中friedel鹽純度，計算目標產(chǎn)物產(chǎn)量。

表1第一組改進前合成friedel鹽的純度和質(zhì)量

產(chǎn)量提高：69.4％

表2第二組改進前合成friedel鹽的純度和質(zhì)量

產(chǎn)量提高：49.5％

表3第三組改進前合成friedel鹽的純度和質(zhì)量

產(chǎn)量提高：45.6％

2.制備方法，流程如下：

第一步，準確量取200ml0.5mol/l的cacl2溶液置于三頸瓶中，控制溫度在40±2℃之間；

第二步，將200ml0.25mol/l的naalo2用恒壓漏斗慢速滴入上述的三頸瓶內(nèi)；

第三步，在300-350r/min攪拌速度下反應5-10min后，向三頸瓶內(nèi)加入3.7±0.1gca(oh)2；

第四步，繼續(xù)攪拌速度下反應30-40min，抽濾后得到白色沉淀；

第五步，用去離子水反復洗滌2-3次，置于真空干燥箱內(nèi)50±5℃真空干燥8-10h后用石英研缽研磨成粉；

第六步，超純水溶解充分攪拌后抽濾，再次放入真空干燥箱中干燥后得高純度弗里德爾鹽，狀為白色粉末。

3.xrd-rietveld法半定量測量

本方法是由孫偉等人采用xrd-rietveld全譜擬合法基于topas軟件對粉末狀水泥組份進行物相定量分析的分析手段。

測試處理步驟：

第一步，將所得產(chǎn)物在瑪瑙研缽中加入少量無水乙醇研磨至粉末通過0.08mm的篩；

第二步，將粉末置50±5℃真空干燥箱干燥一天后取出；

第三步，將樣品與α-al2o3(剛玉)按9：1的質(zhì)量比混合，后加適量無水乙醇放入瑪瑙研缽中混研1h，以達到混合均勻的目的；

第四步，混研后的產(chǎn)物置真空干燥器中干燥待測試。

改進合成friedel鹽分析：

本發(fā)明不僅僅在于簡化了friedel鹽的合成裝置，更重要的在于通過加入了ca(oh)2，使合成產(chǎn)物質(zhì)量得到了增加、目標產(chǎn)物的含量得到了提高。反應式為：

4cacl2+2naalo2+12h2o＝3cao·al2o3·cacl2·10h2o+2nacl+4hcl

ca(oh)2與反應生成的hcl發(fā)生酸堿中和反應生成cacl2和h2o，在減少了生成物的同時增加了反應物，致使反應大幅向右移動，產(chǎn)物總重得到很大增加。同時bothe等人的研究表明fs在ph較高的環(huán)境下較為穩(wěn)定，故引入ca(oh)2使生成的fs更加穩(wěn)定。但由于反應本身反應限度的限制，故目標產(chǎn)物的純度只有小幅度提高。