镁铝及镁锌铝水滑石的合成与表征*

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(1.常州大学石油化工学院，江苏常州 213164；2.南京工程学院材料工程学院)

1 实验部分

1.1 主要原料

硝酸镁、硝酸铝、硝酸锌、氢氧化钠、无水碳酸钠，均为分析纯；去离子水。

1.2 样品制备

采用共沉淀法合成水滑石[13]。按照镁铝物质的量比(以下简称镁铝比)为2∶1、2.5∶1、3∶1、4∶1分别将硝酸镁和硝酸铝以及碳酸钠和氢氧化钠用去离子水配成等体积溶液。将上述两种溶液分别同时滴加进剧烈搅拌的烧瓶中，温度控制在65 ℃左右。滴加完毕后继续搅拌30 min，然后在65 ℃下陈化18 h。过滤，滤饼用去离子水洗涤2～3次，然后在80 ℃下干燥超过12 h。干燥完毕后研细，得到镁铝水滑石，密封保存。按照镁锌铝物质的量比(以下简称镁锌铝比)分别为3∶1∶2、1∶1∶1、1∶3∶2，采用相同的方法制备镁锌铝水滑石。

1.3 样品表征

样品的晶型结构采用日本理学D/max 2500 PC型X射线粉末衍射仪进行表征，Cu靶Kα射线，波长为0.154 06 nm，扫描角度为5～70°，步幅为0.02°，扫描速度为3(°)/min，管电压为40 kV，管电流为100 mA。样品的外观形态通过日本电子公司的JSM-6360LV型扫描电镜观察。样品的热稳定性通过美国TA公司的SDTQ600型热重分析仪进行分析，升温速度为20 ℃/min，升温范围为常温～600 ℃，空气气氛。样品的官能团结构采用美国Nicolet PROTEGE 460型傅里叶红外光谱仪进行表征，KBr压片。样品的粒度分析采用丹东市百特仪器有限公司的BT-9300H型激光粒度分布仪进行测定，光源为半导体激光器，波长为635 nm，功率为3 mW。

2 结果与讨论

2.1 XRD分析

镁铝比：a—2∶1；b—2.5∶1；c—3∶1；d—4∶1

镁铝比0032θ/(°)d003/nm1102θ/(°)d110/nm2∶111．560．76560．760．15232．5∶111．340．78060．580．15273∶111．240．78760．340．15334∶111．120．79560．060．1539

图2是制备的镁锌铝水滑石[n(MⅡ)∶n(MⅢ)均为2∶1]XRD谱图，表2为XRD结果。由图2可以看出，在2θ为11.3、22.8、34.5、60.3°附近出现水滑石的特征衍射峰。从图2及表2可以看出，随着镁锌比的减小水滑石的层板间距随之减小。从图2及表2还可以看到，d110随着镁锌比的减小而增大。这是由于Zn2+半径(0.074 nm)大于Mg2+半径，镁锌比的减小导致晶胞参数变大，相对而言，层板上原子密度减小，d110增大。

镁锌铝比：e—3∶1∶2；f—1∶1∶1；g—1∶3∶2

镁锌铝比0032θ/(°)d003/nm1102θ/(°)d110/nm3∶1∶211．520．76860．660．15251∶1∶111．580．76460．560．15281∶3∶211．620．76160．340．1533

2.2 TG/DTG分析

图3是合成的镁铝水滑石的热重曲线及热重微分曲线。从图3可以看出：水滑石的热分解过程存在两个明显的质量损失台阶，从加热开始到约220 ℃质量损失约18%，在此阶段失去的是水滑石层板间的结晶水，此时样品仍保持层状结构；从220 ℃到480 ℃质量损失约24%，在此减少的质量包括碳酸根脱除二氧化碳和层板上大部分羟基脱水；在更高温度下层板上的羟基全部脱除，层板结构完全破坏，最终生成混合氧化物。

由图3可以看出：镁铝比小于4时水滑石分解峰值温度在190 ℃左右；镁铝比等于4时水滑石稳定性较差，分解峰值温度在173 ℃。从图3明显看出，随着镁铝比的增大，层板稳定性增强。在190 ℃和380 ℃两个主分解峰之间有个次分解峰，随着Mg含量的提高而逐渐不明显。当镁铝比等于2时，次分解峰和第二分解峰相当；当镁铝比等于4时，次分解峰完全消失。

镁铝比：a—2∶1；b—2.5∶1；c—3∶1；d—4∶1

图4是合成的镁锌铝水滑石的热重曲线及热重微分曲线。综合两图可以看到：镁锌铝水滑石的热分解只有一个明显的阶段，从加热开始到220 ℃质量损失为17%，分解峰在190 ℃左右；而后随着温度的升高，持续分解失重，直到约470 ℃，这个过程没有明显的分解峰；超过470 ℃分解趋于平缓。从图4还可以看出，镁锌铝比为3∶1∶2的水滑石在380 ℃有一个小分解峰，随着Zn含量的提高这个峰变小直至消失。Zn的摩尔质量远大于Mg，所以加热到500 ℃后，Zn含量高的样品残余量远大于Zn含量低的样品。

镁锌铝比：e—3∶1∶2；f—1∶1∶1；g—1∶3∶2

2.3 FT-IR分析

a—镁铝比为2∶1；c—镁铝比为3∶1；

2.4 粒度分析

图6是水滑石样品的粒度分布图。从图6可以看出，水滑石的粒度分布都很窄，颗粒也很细，基本上在3～20 μm，尤其是镁锌铝三元水滑石的粒度都在10 μm以下。

a—镁铝比为2∶1；c—镁铝比为3∶1；

2.5 SEM分析

图7是镁铝比为2∶1的水滑石的扫描电镜照片。由图7可以看出，样品颗粒的最大直径在20 μm左右，是由许多小颗粒团聚而成。从图7(右)可以明显看出水滑石的层板结构，部分结晶度不好致使看似棒状结构。

图7 镁铝比为2∶1的水滑石样品的扫描电镜照片

3 结论

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