镁铝水滑石清洁合成、组成分析及其晶体结构表征 李蕾 (北京化工大学理学院化学系，100029北京 一、实验目的 本实验采用清洁合成路线制各镁铝水滑石，利用EDTA络合滴定法测定镁铝水滑石样品中M但 和A”的含量，热分析法确定镁铝水滑石样品中的结构水含量：并通过红外、X粉末衍射表征品休 结构 实验原理 层状双金属氢氧化物(Layered double hydroxides,简称LDs)是一类近年来发展迅速的阴房 子型粘土，又称类水滑石，其组成通式为：[W(I)-M(III).(OH]严A,”mO,其中M(II)是二价 金属离子，MD是三价金属离子，A”是阴离子，x=MD/[M+MD,且x必须满足0.2S<0.33. 典型的类水滑石化合物为镁铝水滑石：MeA(OHCO34HO。层板具有水镁石Mg(O),型正八面 体结构，可看作水镁石(O阳)2层中的部分地被取代，形成与位于中心的复合氢氧化物 八面体 、面体通过边-边共用0H基团形成层（如图1所示）， 层板厚度约 .47nm 层与层 顶叠加，层间以氢键连接。由于广部分地被M取代，导致羟基层上正电荷的积累，这些正电荷被位 于层间的”中和，层间阴离子具有可交换性，通过离子交换可在层间嵌入不同的基团，制备许多功 能材料，被广泛用作催化剂、吸附剂及油田化学品等，已引起人们的关注。 Mg-Al-(OH)x layer 8rerendo 图1水滑石的层状结构 水滑石MgA2(OH)16CO,·4H20加热到一定温度要发生分解，热分解过程包括脱层间水、层间 磁酸根离子、层板轻基脱水（层状结构破坏）和新相生成等步摩。在空气中低于200℃时，仅失去 层间的水分，而对结构没有影响：当加热到250一450℃时，则层板羟基脱水， 伴随者C0,分解 加热到450~500C后，脱水比较完全，CO2以C02形式完全脱出，最后剩余物是Mg6AlO(OH2 称为镁铝复合氧化物。在加热过程中，水滑石的有序层状结构被破坏，表面积增加（约200一300m/g, 因此可作为碱催化剂或碱性催化剂载体。当加热温度不超过550~600℃时，这一分解过程是可逆的， 即在一定条件下，可以复原为水滑石的层状结构，这一特性称为“记忆效应”。因此利用这一结构特 点可将水滑石的煅烧产物在含有不同阴离子的溶液中处理，从而得到不同种类阴离子的层柱型水滑 达到设计利 组装不 层柱材料的目的 加热温度超过6 ℃时，分解后形成的复合金 属氧化物开始烧结，并伴随复杂的相变，致使表面积降低，孔体积减小，通常形成尖品石MgA0, 和MgO。 由于水滑石应用广泛，而世界上天然水滑石矿储量不多，人工合成水滑石就是必经之路。目前 制备水滑石类化合物通常采用共沉淀法，其合成路线为： DMgClz+AlCla+NaOH+Na:CO3-MgAl(OH)cCO,4H:O+NaCl @Mg(NO3)2+Al(NO)3+NaOH+Na2CO3-Mg6Al2(OH)+NaNO3 或 3MgSO+Al2SO+NaOH+NaCO;-MgsAl2(OH)16CO:4H2O+NaSO4 1 PDF文件使用"pdfFactory Pro”试用版本创建wnw,fineprint,com,cn 1 镁铝水滑石清洁合成、组成分析及其晶体结构表征 李蕾 （北京化工大学 理学院 化学系,100029 北京） 一、实验目的 本实验采用清洁合成路线制备镁铝水滑石，利用 EDTA 络合滴定法测定镁铝水滑石样品中 Mg2+ 和 Al3+的含量，热分析法确定镁铝水滑石样品中的结构水含量；并通过红外、X 粉末衍射表征晶体 结构。 二、实验原理 层状双金属氢氧化物（Layered double hydroxides,简称 LDHs）是一类近年来发展迅速的阴离 子型粘土，又称类水滑石，其组成通式为：[M(II)1-xM(III)x(OH)2] x+Ax/n n-mH2O，其中 M（II）是二价 金属离子，M(III)是三价金属离子，A n-是阴离子，x=M(III)／[M(II)+ M(III)]，且 x 必须满足 0.2≤x≤0.33。 典型的类水滑石化合物为镁铝水滑石：Mg6Al2(OH)16CO3•4H2O。层板具有水镁石 Mg(OH)2 型正八面 体结构，可看作水镁石 Mg(OH)2层中的 M 2+部分地被 M 3+取代，形成 M 2+与 M 3+位于中心的复合氢氧化物 八面体，这些八面体通过边-边共用 OH 基团形成层（如图 1 所示），层板厚度约 0.47nm，层与层对 顶叠加，层间以氢键连接。由于 M 2+部分地被 M 3+取代，导致羟基层上正电荷的积累，这些正电荷被位 于层间的 A n-中和。层间阴离子具有可交换性，通过离子交换可在层间嵌入不同的基团，制备许多功 能材料，被广泛用作催化剂、吸附剂及油田化学品等，已引起人们的关注。 图 1 水滑石的层状结构 水滑石 Mg6Al2(OH)16CO3·4H2O 加热到一定温度要发生分解，热分解过程包括脱层间水、层间 碳酸根离子、层板羟基脱水（层状结构破坏）和新相生成等步骤。在空气中低于 200℃时，仅失去 层间的水分，而对结构没有影响；当加热到 250～450℃时，则层板羟基脱水，伴随着 CO3 2-分解； 加热到 450～500℃后 ，脱水比较完全，CO3 2- 以 CO2形式完全脱出，最后剩余物是 Mg6Al2O8(OH)2 ， 称为镁铝复合氧化物。在加热过程中，水滑石的有序层状结构被破坏，表面积增加(约 200－300m2 /g)， 因此可作为碱催化剂或碱性催化剂载体。当加热温度不超过 550～600℃时，这一分解过程是可逆的， 即在一定条件下，可以复原为水滑石的层状结构，这一特性称为“记忆效应”。因此利用这一结构特 点可将水滑石的煅烧产物在含有不同阴离子的溶液中处理，从而得到不同种类阴离子的层柱型水滑 石，达到设计和组装不同功能性层柱材料的目的。当加热温度超过 600℃时，分解后形成的复合金 属氧化物开始烧结，并伴随复杂的相变，致使表面积降低，孔体积减小，通常形成尖晶石 MgAl2O4 和 MgO。 由于水滑石应用广泛，而世界上天然水滑石矿储量不多，人工合成水滑石就是必经之路。目前 制备水滑石类化合物通常采用共沉淀法，其合成路线为： ①MgCl2+AlCl3+NaOH+Na2CO3 → Mg6Al2(OH)16CO3·4H2O+NaCl 或 ②Mg(NO3)2+Al(NO)3+NaOH+Na2CO3 → Mg6Al2(OH)16CO3·4H2O+NaNO3 或 ③MgSO4+Al2SO4+NaOH+Na2CO3 → Mg6Al2(OH)16CO3·4H2O+Na2SO4 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.com.cn