水滑石基CO2吸附剂的制备与性能测试(4)
1.2.2 水滑石和类水滑石的制备方法
（1）共沉淀法
目前，在国内外相关领域共沉淀法是水滑石颗粒的主要制备方法[8]。该法的主要步骤：首先将二价和三价的金属盐制为相应溶液，其次通过特定方法与对应的碱溶液混合，二价和三价的金属盐反应变为对应的氢氧化物，沉淀成核后，经过晶化作用即可得到水滑石颗粒[8]。该法在制备过程中，溶液的pH值对合成效果的影响最为显著，因二价和三价金属的氢氧化物需要在一定的pH值下才能形成过饱和沉淀[8]。从结晶动力学的角度来看，在实验过程中文持相对较高的过饱和度对于最终结晶是非常有利的[8]。因此，在这样特定的条件下，晶体的成核半径会相应减小，但是晶体的成核速率和成核数量均会显著增加。目前在国内外的相关实验室中二价和三价的金属盐与对应的碱溶液的混合方法主要有正加法、反加法和并流法[8]。正加法是将对应的碱溶液滴加入二价和三价的金属盐溶液中，正加法又称pH值升高法[8]。此法中，当在pH=4.7时氢氧化铝生成沉淀，后当pH=7-9时，Mg2+取代部分氢氧化铝会形成单一的水滑石晶相，但当pH高于9.5后氢氧化镁晶相会出现。因为滴加过程中铝完全沉淀时(pH=4.7)，镁尚未开始沉淀(pH=8.5)[8]，很容易造成晶相分离，故而此法在国内外相关领域的应用并不多。反加法是将二价和三价的金属盐溶液滴加到搅拌的对应的碱溶液中，由于反应过程中溶液的pH值不断降低，故该法也被业内专家学者成为pH值降低法[8]。与正加法类似反加法同样存在着晶相分离的问题。并流法是将二价和三价的金属盐溶液和相应的碱溶液同时滴加到不断搅拌的溶液中，并流法反应过程中pH值一直保持恒定，故又被业内专家学者称为pH值恒定法[8]。因该法制备过程中沉淀均匀，在实验室中应用最为广泛，但由于沉淀所需要的时间不同，先沉淀的晶体会提前老化，会导致晶体粒度分布不均匀。在剧烈搅拌的反应器中迅速加入二价和三价的金属盐溶液和相应的碱溶液，在极短时间内两溶液会快速混合[8]，形成特定的晶核，然后将参与结晶的反应液全部引出，最后进行陈化处理得到水滑石颗粒[8]。由于该法在制备水滑石颗粒时晶体同步生成与生长，故而可得到尺寸分布均匀的的晶体。与普通共沉淀法比较，剧烈搅拌法制备所得水滑石颗粒X射线衍射分析图谱基线会更加平稳、衍射峰会更加尖锐，这样就表明所制备的水滑石颗粒的结晶度更好[8]。
（2）焙烧重构法
此法利用水滑石颗粒所特有的“记忆效应”，制备得到的水滑石颗粒经锻烧后将失去其特有的层板结构而变为二价和三价的复合金属氧化物，然后将其置于阴离子的溶液中，金属氧化物将重新恢复为原有的水滑石结构[9]。采用此方法可以得到复杂的无机离子、有机阴离子及基团离子插层水滑石[9]。但水滑石颗粒经锻烧再复原后，其形貌恢复并不完整，导致所得到的水滑石颗粒往往含有金属氧化物的杂相。采用此方法时，应特别注意锻烧温度，一般认为锻烧温度不应超过500℃，较高的温度将导致不可复原的尖晶石相生成从而降低水滑石颗粒的生成率[9]。
（3）离子交换法
利用水滑石颗粒的层间阴离子具有可交换性制备水滑石颗粒的方法叫做离子交换法[10]。将待交换的阴离子与水滑石颗粒原有的层间阴离子进行交换，得到目标插层产物就是所需要制备的水滑石颗粒[10]。研究人员通过大量实验总结了一些常见阴离子的可交换能力为:N03->Cl->F->S042->C032-。总体而言，二价离子比一价、三价离子更难以被替换，故实验中通常将一价阴离子，如N03-、Cl-、F-等作为预插层离子，然后与待插层阴离子的溶液进行交换得到目标水滑石颗粒。在离子交换法中，除应关注阴离子的交换能力外，也应该格外注意水滑石颗粒层板主体的溶胀效应[10]。对有机阴离子而言，适当提高温度、选用有机溶剂都有利于插层反应的进行[10]。此外，在离子交换法中较小的pH值对插层的顺利进行是非常有利的，但过低的pH值将会破坏水滑石颗粒已经具有的层板主体。此外，目前国内外的各个相关实验室关于水滑石颗粒的制备方法除了本文重点介绍的共沉淀法、焙烧重构法、离子交换法，还有模板法、溶胶凝胶法、水热法等[10]。
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