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水滑石之所以能夠被廣泛地應用于催化領域,是因為水滑石有特殊的結(jié)構(gòu)賦予其許多特性:
1.特殊的層狀結(jié)構(gòu)。嚴重不對稱的晶體場,陽離子在層板上的晶格中,陰離子不在晶格中,而在晶格外的層間。
2.酸性。HTLcs的酸性不僅與層板上金屬離子的酸性有關,而且還與層間陰離子有關。
3.堿性。位于層上的Mg2 可在一定條件下部分被Al3 同晶取代,形成陰離子型層狀結(jié)構(gòu)材料水滑石。LDHs的層板由鎂八面體和鋁氧八面體組成。所以,水滑石具有較強的堿性。不同的LDHs的堿性強弱與組成中二價金屬氫氧化物的堿性強弱基本一致,但由于它一般具有很小的比表面積(約5—20m2/g),表觀堿性較小,其較強的堿性往往在其煅燒產(chǎn)物LDO中表現(xiàn)出來。LDO一般具有較高的比表面積(約200—300m2/g)、三種強度不同的堿中心和不同的酸中心,其結(jié)構(gòu)中間中心充分暴露,使其具有比LDH更強的堿性。
4.熱穩(wěn)定性。HTLcs經(jīng)焙燒所得的復合金屬氧化物仍是一類重要的催化劑和載體。然而在層狀雙金屬氫氧化物材料上,直接用大體積無機陰離子通過離子交換法制備很困難,一般先用大體積有機陰離子把層間撐開,然后用無機陰離子交換制得樣品。以水滑石為例,其熱分解過程包括脫結(jié)晶水、層板羥基縮水并脫除CO2和新相生成等步驟。在低于220℃時,僅失去結(jié)晶水,而其層狀結(jié)構(gòu)沒有被破壞;當加熱到250~450℃時,層板羥基縮水并脫除CO2;在450—550℃區(qū)間,可形成比較穩(wěn)定的雙金屬氧化物,組成是Mg3A1O4(OH),簡寫為LDO。LDO在一定的濕度(或水)和CO2 (或碳酸鹽)條件下,可以,恢復形成LDH,即所謂的“記憶功能”。LDO一般具有較高的比表面積(約200~300m2/g)、三種強度不同的堿性中心和不同的酸性中心,其結(jié)構(gòu)中堿中心充分暴露,使其具有比LDH更強的堿性。當加熱溫度超過600℃時,尖晶石MgAl2O4和MgO形成,金屬氧化物的混合物開始燒結(jié),從而使表面積大大降低,孔體積減小,堿性減弱。
納米阻燃劑生產(chǎn)的組成具有可變性,當Mg2 和A13 被半徑相似的二價或三價陽離子(如Zn2 、Cu2 、Fe3 )同晶取代,或CO32-被其他陰離子取代,即形成所謂的類水滑石。柱撐過程的選擇性與層板組成元素、反應介質(zhì)、柱撐有機陰離子的空間結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)相關,這種方式多用于插入較大體積的客體分子。類水滑石和水滑石在結(jié)構(gòu)上相同,只是其化學組成如金屬離子和陰離子的種類、相對比例發(fā)生了變化。
水滑石基本的性能是堿性。這是因為水滑石的層面上含有較多的輕基,另外當層間陰離子為弱酸根時,由于其水解,也呈現(xiàn)出堿性。不同的LDHs的堿性強弱與組成中二價金屬氫氧化物的堿性強弱基本一致,但由于它一般具有很小的比表面積(5-20m2/g),表觀堿性較小,其較強的堿性往往在鍛燒產(chǎn)物中表現(xiàn)出來。經(jīng)鍛燒的產(chǎn)物一般具有較高的比表面積(200-300m2/g)。3種強度不同的堿中心和不同的酸中心,其結(jié)構(gòu)中間中心充分暴露,使其具有比水滑石更強的堿性。
5、離子交換法
當金屬離子在堿性介質(zhì)中不穩(wěn)定,或當陰離子An-沒有可溶性的M2 和M3 鹽類,共沉淀法無法進行時,可采用離子交換法。作為無機功能材料,水滑石在復合材料中的應用必然涉及其粒子尺寸和分布,因此對水滑石晶化規(guī)律的研究非常重要。該法是從給定的水滑石出發(fā),通過溶液中某種陰離子對原有陰離子的交換作用,形成新的相。然而在層狀雙金屬氫氧化物材料上,直接用大體積無機陰離子通過離子交換法制備很困難,一般先用大體積有機陰離子把層間撐開,然后用無機陰離子交換制得樣品。
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水滑石
專業(yè)生產(chǎn)水滑石
由圖1可知其結(jié)構(gòu)是層板型,層間距很大,為0.76nm,而且有很大的比表面積,這樣能夠使其表面羥基充分與HC1反應。在電工行業(yè)中的應用一般含鹵阻燃材料發(fā)生火災釋放出大量煙霧和有毒、有腐蝕性氣體,對人員和精密儀器帶來極大損害,即二次災難。國內(nèi)外一般認為,水滑石在PVC加工過程中的熱穩(wěn)定作用是由于其表面羥基吸收PVC熱分解釋放出的HC1氣體,從而抑制HC1對PVC分解的催化作用。有學者提出HC1與水滑石層問CO3 2-交換的作用機理,水滑石作為PVC熱穩(wěn)定劑時,PVC熱分解生成的HC1與水滑石層間的CO3 2-反應,同樣會有效抑止PVC的分解。