一種類水滑石納米片的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及類水滑石材料，具體屬于一種類水滑石納米片的制備方法。
【背景技術】
[0002]類水滑石材料是一種具有層狀結構的陰離子粘土材料，是由帶正電荷的金屬氫氧化物層和層間電荷平衡陰離子構成的層狀雙金屬氫氧化物。因為類水滑石具有酸性和堿性特征、記憶效應、層間陰離子的可交換性及微孔結構，所以被廣泛應用于催化、吸附、離子交換、醫藥、涂料、農藥、功能高分子材料、油田開發等領域，近年來類水滑石引起了人們的廣泛興趣。
[0003]類水滑石材料焙燒制備的復合氧化物一般具有比表面積大，熱穩定性高，活性組分分布均勻，可抑制燒結等特點，目前已在氧化還原，酸堿催化等反應中表現出優異的催化性能，從而引起人們廣泛的關注。但是，由于層板間充滿了陰離子且層板間距較小，所以在催化過程中反應物無法進入層間，而無法使類水滑石所有層板面都充分被利用。通過剝離技術將類水滑石堆疊在一起的層板制成單層的類水滑石納米片，使原本被層間陰離子填充的層板面暴露出來，為催化反應提供催化位點，這樣可以大大提高催化劑的利用率，降低反應中的催化劑成本。
[0004]2000年Adach1-Pagano等人首次發現用長鏈有機陰離子修飾的水滑石在一些有機溶劑中表現出剝離行為，在丁醇環境中，一定溫度下利用丙烯酸在回流過程中將十二烷基硫酸鈉修飾的Zn/Al-LDH剝離。但是這個過程需要加熱和有機溶劑。
[0005]2004年Hibino等人成功的在甲酰胺中將氨基酸修飾的Mg/A1_LDH成功剝離。2005年Wu等人在甲酰胺超聲波的條件下將Mg/Al-LDH成功剝層。隨后2006年劉兆平等人也利用這個方法成功的得到較大尺寸的納米片。雖然沒有任何加熱和回流的過程，但這些方法仍然在有機溶劑中進行，雖然利用甲酰胺脫層是一種有效的剝離方法，但是類水滑石納米片在甲酰胺中長時間存放會被溶解。
[0006]綜合以上報道，目前利用兩性表面活性劑制成插層類水滑石并且在水中直接發生剝離行為來制備類水滑石納米片的這種方法仍然沒有報道過。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在于針對現有技術存在的制備類水滑石納米片是在有機溶劑中剝離，易造成環境污染，成本較高的問題，提供一種類水滑石納米片的制備方法，該方法不使用有機溶劑，成本較低，制備的類水滑石納米片可實現在催化反應中催化劑層板的雙面充分被利用。
[0008]為實現上述目的，本發明采取的技術方案為:
[0009]—種類水滑石納米片的制備方法，包括步驟如下:
[0010](I)插層類水滑石的制備:稱取兩性表面活性劑配成溶液，常溫下，采用共沉淀方法，保持pH = 8?11，將混合金屬鹽溶液和氫氧化鈉溶液并流加入到兩性表面活性劑溶液中，滴加完畢后，經過老化，烘干除去水，即得插層類水滑石材料；兩性表面活性劑溶液的濃度低于它本身的臨界膠束濃度；
[0011](2)類水滑石納米片制備:在攪拌過程中，將插層類水滑石材料放入提前配置好的酸溶液中，反應后，靜置片刻，取上層半透明液體，進行高速離心，洗滌，即得類水滑石納米片。
[0012]步驟(I)中所述的兩性表面活性劑可以為甜菜堿型兩性表面活性劑、咪唑啉型兩性表面活性劑、氨基酸型兩性表面活性劑中的一種或幾種。
[0013]步驟(I)中所述的混合鹽溶液可以為硝酸鋁、硝酸鋅、硝酸鎂、硝酸銅中的至少兩種，且混合金屬鹽溶液中三價金屬陽離子與二價金屬陽離子的摩爾比為0.25?0.67: 10
[0014]步驟(I)中所述的兩性表面活性劑的水溶液、混合鹽溶液以及NaOH溶液均優選在無0)2的水中配制而成，且沉淀及老化過程中均在溶液中通入氮氣。
[0015]步驟(2)中所述的酸溶液中的酸可以為鹽酸、硝酸、醋酸或硫酸。
[0016]步驟(2)中所述的酸溶液優選在無CO2的水中配制而成。
[0017]步驟⑵整個制備過程優選在無0)2的環境中進行。
[0018]本發明所采用的原料純度等級可以為工業純，化學純，分析純等。
[0019]本發明的原理在于:在共沉淀法制備類水滑石時，溶液為堿性環境，此時可以將顯示陰離子特性的兩性表面活性劑插層到類水滑石層板中間；隨后將插層類水滑石放入酸溶液中，兩性表面活性劑顯示陽離子表面活性劑特性，通過靜電斥力即可將類水滑石層板剝離，在水溶液中直接獲得了類水滑石納米片。
[0020]與現有技術相比本發明的優點是:本發明利用兩性表面活性劑制備插層類水滑石并在水中直接剝離層板制備納米片。本發明除了利用兩性表面活性劑以及醋酸兩種有機物以外，均沒有用到其他的有機物且所用到的溶劑均為水相，對環境危害小；反應環境均是常溫常壓且反應時間較短，操作簡單，成本低。
【附圖說明】
[0021]圖1為類水滑石納米片的形成過程示意圖
[0022]圖2為插層類水滑石納米片的XRD譜圖
[0023]圖3為類水滑石納米片重組之后的XRD譜圖
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的說明。
[0025]實施例1 (以Cu/Zn/Al類水滑石納米片為例)
[0026]I)插層類水滑石的制備
[0027]稱取1.72g的辛基甜菜堿放入40mL的去CO2水配成溶液，常溫下，利用共沉淀，將50mL濃度為0.48mol/L的金屬硝酸鹽混合溶液(各物質比為Cu:Zn:Al = 7:3:5)和濃度為
0.6mol/L的氫氧化鈉溶液，并流加入通隊的辛基甜菜堿水溶液中，劇烈攪拌，控制pH = 8左右。待混合鹽溶液滴加完畢，停止堿液的滴加。繼續劇烈攪拌，老化2h，持續通入N2。老化完畢，產物離心，用去CO2水洗滌若干次，至中性，抽濾，真空烘干，即得到插層類水滑石材料。
[0028]2)類水滑石納米片的制備
[0029]稱取0.15g插層類水滑石材料，迅速放入提前配置好的10mL pH = 1.5的鹽酸溶液中，在無CO2的環境中劇烈攪拌24h后，靜置片刻，取上層半透明溶液進行高速離心分離(lOOOOrpm, 15min)，即得到類水滑石金屬氧化物納米片。
[0030]實施例2 (以Cu/Mg/Al類水滑石納米片為例)
[0031]I)插層類水滑石的制備
[0032]稱取1.78g的月桂基兩性咪唑啉放入200mL的去CO2水配成溶液，常溫下，利用共沉淀，將10mL濃度為0.5mol/L的金屬硝酸鹽混合溶液(各物質比為Cu:Mg:Al = 7:3:
6.67)和濃度為lmol/L的氫氧化鈉溶液，并流加入通隊的月桂基兩性咪唑啉水溶液中，劇烈攪拌，控制pH = 9左右。待混合鹽溶液滴加完畢，停止堿液的滴加。繼續劇烈攪拌，老化5h，持續通入N2。老化完畢，產物離心，用去CO2水洗滌若干次，至中性，抽濾，真空烘干，即得到插層類水滑石材料。
[0033]2)類水滑石納米片的制備
[0034]稱取0.3g插層類水滑石材料，迅速放入150mL pH = 2的硝酸溶液中，在無CO2的環境中劇烈攪拌2天后，靜置片刻，取上層半透明溶液進行高速離心分離(lOOOOrpm，20min)，即得到類水滑石金屬氧化物納米片。
[0035]實施例3 (以Zn/Mg/Al類水滑石納米片為例)
[0036]I)插層類水滑石的制備
[0037]稱取4.61g的十二烷基氨基丙酸放入120mL的去CO2水配成溶液，常溫下，利用共沉淀，將150mL濃度為lmol/L的金屬硝酸鹽混合溶