一种基于机械研磨法制备镁铝水滑石的方法

技术领域

本发明涉及水滑石合成技术领域，尤其是涉及一种基于机械研磨法制备镁铝水滑石的方法。

背景技术

水滑石(LDHs)是一种层状离子化合物，其特征是由带正电荷的主体层板和层间阴离子通过非共价键的相互作用组装而成化合物，属于一类具有层状结构的无机材料。阴离子层位于氧化物层之间的空隙，通过电荷平衡与金属离子层相互吸引，使层状结构稳定。水分子与金属离子层和阴离子层之间形成氢键，存在于晶格间隙中。LDHs的化学通式一般表示为

随着水滑石应用领域的不断扩展，水滑石的制备工艺研究也得到了迅速发展。目前，比较成熟的水滑石制备方法主要包括共沉淀法、离子交换法、尿素法、水热法、焙烧回收法和成核/结晶分离法。这些方法均会产生较多废液和副产物，同时其生产成本过高，原材料利用率低，这与降低生产成本和环境友好的目标背道而驰。

中国专利文献CN112811449A公开了一种制备镁铝水滑石的新方法，将镁化合物、铝化合物、复合催化剂与水混合液注入到湿法研磨设备腔体内并同时通入二氧化碳进行循环研磨，然后将水滑石浆料转入高压釜中，温度控制在120～260℃，经过1.5～6h高温高压下，反应物进一步转化，得到镁铝水滑石料浆经固液分离后干燥，得到镁铝水滑石。该专利通过先湿法研磨形成非晶态中间体，再高温高压水热法实现LDH晶化成矿，实现了镁铝LDH的快速合成。中国专利CN105271343A公开了一种水铝钙石的生产方法，将氢氧化钙和氢氧化铝加入到球磨罐中，经过干磨、湿磨、水浴晶化、离心干燥等工序获得水铝钙石。中国专利CN114956143A公开了一种机械化学法制备锂铝水滑石的方法，通过对锂化合物和铝化合物的干法球磨和湿法球磨两步获得OH

但是上述专利通过使用机械研磨，减少了用水量和总反应时间，但仍然属于水热法范畴，废液量高，分步操作增加了操作复杂度。

基于此提出一种基于机械研磨法制备镁铝水滑石的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于机械研磨法制备镁铝水滑石的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明的技术方案是：一种基于机械研磨法制备镁铝水滑石的方法，一种基于机械研磨法制备镁铝水滑石的方法，具体包括以下步骤：

S1:称取需要进行基于机械研磨法制备水滑石的原料，先称取镁化合物150-300重量份、铝化合物100重量份和碳酸钠粉末50-100重量份；

S2:将步骤S1中称取好的镁化合物150-300重量份、铝化合物100重量份和碳酸钠粉末50-100重量份混合充分混合之后得到混合物备用；

S3:向步骤S2中制得的混合物中加入可以润湿混合物的水和有机溶剂一种或几种的混合；

S4:对步骤S3得到的混合物进行加热并将加热过后的混合物放入球磨机的内部进行球磨，经过水洗、过滤、干燥处理后得到镁铝水滑石产品；

S5:对步骤S4中得到的镁铝水滑石产品进行保存收集包装，即可结束整个基于机械研磨法制备镁铝水滑石的流程。

优选的，所述步骤S1中，镁化合物为MgCl2、Mg(OH)2、MgSO4、MgO、MgCO3中的任意一种或任意比例的多种。

优选的，所述步骤S1中，铝化合物为Al2O3、Al(OH)3、AlCl3、Al2(SO4)3、Al2(CO)3中的任意一种或任意比例的多种。

优选的，所述步骤S1中，镁化合物的纯度为97％～99％。

优选的，所述步骤S1中，铝化合物的纯度为97％～99％。

优选的，所述步骤S3中，有机溶剂为N-N-二甲基甲酰胺(DMF)或1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐、三丁基甲基铵双三氟甲基磺酰亚胺、1-乙基-3-甲基咪唑四氯铝酸盐等离子液体中的一种或几种混合。

优选的，所述步骤S3中，水和有机溶剂的体积比为(1-9):1。

优选的，所述步骤S4中，球磨机中研磨球的直径为4～10mm，研磨的时间为1～20h，球料质量比为1:1～100:1，球研磨时球磨机转速的转速为100r/min～1000r/min，球磨机温度为60～120℃。

优选的，所述步骤S4中，进行研磨时的温度为80-300℃，转速为500r/min，时间为0.5-50h。

优选的，所述步骤S2中，将称取好的镁化合物150-300重量份、铝化合物和碳酸钠粉末充分混合时控制温度为20-95℃，时间为大于10min。

本发明通过改进在此提供一种基于机械研磨法制备镁铝水滑石的方法，与现有技术相比，具有如下改进及优点：

1.本发明中，制备方法以镁化合物、铝化合物为原料，其来源广泛，价格低廉，有利于实现大规模生产。制备方法采用机械研磨法，它是一种相对快速的制备方法，可以在较短的时间内获得所需的水滑石样品。

2.本发明中，本发明制备过程中通过控制研磨参数，如时间、转速和研磨介质等，机械研磨可以提供较好的可重复性，能够制备具有一致性的水滑石样品，经过简化和改进，使得操作流程更加简单和可行，生产过程中大幅减少用水量和废液产生，减少了对环境的污染，环保性高，而且产品稳定性好且纯度高，可以应用于热稳定性能测试等相关领域。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明中制备流程图。

图2为本发明实施例一中所得镁铝水滑石的XRD图。

图3为本发明实施例一中所得镁铝水滑石的SEM图。

图4为试验例中热稳定性能测试结果直观图。

具体实施方式

下面对本发明进行详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明通过改进在此提供一种基于机械研磨法制备镁铝水滑石的方法，本发明的技术方案是：

参照图1-4，

实施例一：

如图1所示，本实施例一包括以下步骤：

步骤1、称取将2.88g氢氧化镁、1.80g氢氧化铝和1.22g无水碳酸钠，将它们混合为混合物，其摩尔比为1.6:1:0.5；

步骤2、向步骤1的混合物中加入0.5ml水和0.5mlDMF；向球磨机加入直径为4mm的研磨球的60g，加入直径为8mm的研磨球的60g；

步骤3、球磨机内温度升至100℃，转速为500r/min，恒温反应4h，即得到插层离子为OH

实施例二：

本实施例二包括以下步骤：

步骤1、称取将240g氢氧化镁、160g氢氧化铝和152g无水碳酸钠，将它们混合为混合物，其摩尔比为2:1:0.7。

步骤2、向步骤1的混合物中加入10ml水和10mlDMF；向球磨机加入直径为4mm的研磨球的55g，加入直径为8mm的研磨球的55g；

步骤3、球磨机内温度升至120℃，转速为500r/min，恒温反应6h，即得到插层离子为OH

对比例：

一种镁铝水滑石，步骤如实施例一所述，不同之处在于，步骤2中没有添加DMF，对比例产品为非晶态。对比例实验表明混合中高极性有机溶剂DMF的加入显著改善了晶化过程。

试验例：热稳定性能测试

具体测试方法：

将聚氯乙烯(PVC)100g，对苯二甲酸二辛酯(DOTP)30g，钙锌辅助稳定剂3.4g，水滑石0.6g，加工辅料(轻钙、钛白粉、ACR)17g进行干混，混合均匀后，将混合物在180℃下开双辊研磨5min压制成1mm厚的片状样品，然后将片状样品裁剪为10cm*15cm大小，随后将样品放入185℃的旋转烘箱中，每隔15min取出相应样品。

如图4所示为实验测试结果，其中实施例一水滑石制备的样品标记为样品1#，市售日本镁铝水滑石制备的样品标记为样品2#，市售国产镁铝水滑石制备的样品标记为样品3#。由图4可知，样片颜色由浅变深，变色越快说明热稳定性能越差，说明实施例一与国产和日本产水滑石静态热稳定性能差距不大，较为一致。

由以上实验数据可以得知：

本发明中，制备方法以镁化合物、铝化合物为原料，其来源广泛，价格低廉，有利于实现大规模生产。制备方法采用机械研磨法，它是一种相对快速的制备方法，可以在较短的时间内获得所需的水滑石样品。

本发明采用控温型球磨机，在只添加极少量溶剂的条件下，一步机械研磨制备高纯度的镁铝水滑石，此过程无分批投料、固液分离等复杂操作，具有操作简单、高效快速、绿色节能和可控性强等优点。

本发明中，本发明制备过程中通过控制研磨参数，如时间、转速和研磨介质等，机械研磨可以提供较好的可重复性，能够制备具有一致性的水滑石样品，经过简化和改进，使得操作流程更加简单和可行，生产过程中大幅减少用水量和废液产生，减少了对环境的污染，环保性高，而且产品稳定性好且纯度高，可以应用于热稳定性能测试等相关领域。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。