[發明專利]一種還原型含鐵水滑石材料的制備方法

在審

• 申請號: 202310057000.4
• 申請日: 2023-01-16
• 公開（公告）號: CN116119725A
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 張瑞康;田心茹;陳銳;韓占剛
• 申請（專利權）人: 河北師范大學
• 主分類號: C01G49/00
• 分類號: C01G49/00;C01G53/00;C01G51/00;C25B11/075;B01J23/80;B01J35/00;B01J37/03
• 代理公司: 石家莊新世紀專利商標事務所有限公司 13100
• 代理人: 董金國

本發明公開了一種制備還原型含鐵水滑石材料的方法。該方法是在簡單共沉淀法制備水滑石材料的基礎上，通過向前驅體溶液中加入一定量的還原劑和表面活性劑，其中還原劑可以使水滑石材料中的少部分鐵元素價態穩定在+2，表面活性劑可以穩定水滑石材料層板上的一些點缺陷和微小的結構畸變，進而調控水滑石材料的晶體結構，從而得到具有還原型且形貌可調控的還原型含鐵水滑石材料。制備得到的產物在非均相Fenton降解和電催化分解水等領域表現出優異的性能。

技術領域

本發明屬于無機納米材料合成領域，特別涉及一種通過添加還原劑和表面活性劑，合成含有部分低價態鐵的還原型水滑石材料的制備方法。

背景技術

水滑石材料是層狀雙氫氧化物(Layered?Double?Hydroxides,LDHs)的俗稱。LDHs是由帶正電的類水鎂石金屬層板和帶負電的層間陰離子交替組裝形成的層狀材料，其中層板上的金屬陽離子通常由二價金屬陽離子和高價金屬陽離子組成。常見的二價金屬陽離子有Mg²⁺、Zn²⁺、Co²⁺、Cu²⁺、Ni²⁺等，高價金屬陽離子有Al³⁺、Cr³⁺、Fe³⁺、Ti⁴⁺等；層間的平衡電荷通常由CO₃^2-、Cl^-等陰離子和溶劑分子組成，層板和插層離子有序交替排列，通過靜電作用等弱作用力形成三維穩定結構。在均相溶液中，通過調控溶液的pH值可以制備得到水滑石類材料，比如2008年權五玲等報道了通過沉淀結晶的方法制備鎂鋁水滑石材料(CN200880131817.5)，衛敏等報道了通過反相微乳液方法合成ZnTi和NiTi兩種水滑石材料(CN201210434472.9和CN201210434511.5)。

含鐵LDHs是水滑石材料中的重要成員，其中Fe元素經常作為反應活性中心或者輔助活性元素。例如李大鵬等報道了一種鐵基水滑石的制備方法(CN201810443841.8)，其中NiFe-LDH在電催化析氧反應中表現出不錯的性能；江鴻等報道了一種Co₂FeAl-LDH的其制備方法，可以活化過一硫酸鹽產生強氧化的硫酸根自由基快速催化降解污水中的污染物(CN201911148448.7)。最近研究表明含有+2價的還原型含鐵LDHs因其表面電荷環境的改變，常常具有更為優異的特性。由于Fe²⁺具有較強的還原性，容易被空氣中的氧氣等各類氧化劑氧化失去一個電子轉化為+3價，因此低價鐵不能大量穩定存在于含鐵LDHs材料中。例如光電子能譜顯示，NiFe-LDH中的鐵元素普遍以Fe³⁺的形式存在，幾乎沒有Fe²⁺。利用傳統共沉淀法合成含鐵LDHs的過程，往往需要在中溫條件下成核生長從而形成LDHs，這樣的環境進一步加速了Fe²⁺的氧化，從而制備得到的是具有+3價這種最穩定價態的含鐵LDHs。最近孔祥貴等報道了一種通過引入聚乙烯亞胺保護，得到具有還原性水滑石的方法(CN202211152358.7)。我們考慮在低化學勢的還原性溶劑條件下，通過加入表面活性劑，穩定LDHs層板結構的微小畸變，從而使LDHs中的部分鐵離子處于較低化合價下。這些穩定的還原型含鐵LDHs在電催化、非均相Fenton高級氧化技術等領域具有廣闊的應用前景。

發明內容

本發明的目的是提供一種制備還原型含鐵水滑石材料的方法。其原料廉價易得，合成步驟簡單，易于規模化生產，所得到的還原型含鐵水滑石材料結構穩定，可重復行好，在電催化和非均相Fenton高級氧化技術等方面具有優異的性能。

本發明的構思如下，在簡單共沉淀法制備含鐵水滑石材料合成方法的基礎上，通過改變加料順序，在混合溶液中添加還原劑和表面活性劑用以調節水滑石材料成核生長的環境，最終使得水滑石材料中的部分鐵離子處于穩定的低價態，且通過調節溶液的反應溫度、pH等參數實現對產品形貌一定程度的調控。

具體的，本發明給出的一種制備還原型水滑石材料的方法，包括以下步驟：