本发明涉及化学毒物洗消材料,更具体的说是涉及一种化学毒物洗消用层状氢氧化物复合材料及其制备方法。
背景技术:
1、化学毒物,尤其是神经性和糜烂性的化学合成毒物,虽然已被国际公约所禁止,但仍对人类和环境构成严重的长期威胁。神经性毒物是剧毒的有机磷挥发性化学物质,如塔崩、索曼、沙林、维埃克斯、二乙氧基氰基磷酸酯等,它们能够不可逆地与乙酰胆碱酯酶结合,阻止乙酰胆碱的分解,导致持续的肌肉收缩,最终导致缺氧和死亡。以芥子气为代表的糜烂性毒物,接触后可造成上皮组织严重侵蚀、呼吸道/消化道损伤和视觉系统损伤。
2、自然界中的小假单胞菌中的磷酸三酯酶等可以利用其lewis酸性的zn-oh-zn活性位点快速水解有机磷毒物,但酶的蛋白质属性导致其容易失活,不易保存,缺乏实际应用所需的稳定性。
3、早期非均相化学毒物消解材料主要有漂白粉、改性粘土、活性炭、漂白粉、液态醇盐、卤化物等等。其中,改性粘土、活性炭等主要通过物理吸附去除化学毒物,而物理吸附不能有效地解毒;漂白粉、卤化物等材料可以在环境条件下消解化学毒物,但消解动力学缓慢,且漂白粉使用过程中的腐蚀性太强,这些材料的缺点限制其实际应用。
4、纳米晶金属氧化物,如al2o3、mno2、ceo2、tio2及其纳米复合材料,它们可以实现在环境条件下快速吸附化学毒物,通过与化学官能团(如羟基、缺陷、酸碱位)的水解、消除或氧化反应进行催化消解,但消解动力学缓慢,而且纳米材料容易聚集,颗粒材料内部的活性位点无法被充分利用,因此往往依靠增大洗消剂使用量来完成洗消任务。
5、zr基金属有机骨架化合物(zr-mofs)作为洗消有机磷神经性毒物的高性能洗消材料得到了广泛的应用,但是zr-mofs催化剂需要碱性反应介质如n-乙基吗啉(nem)缓冲溶液中才能实现快速水解,而nem的高挥发性和对环境和人健康的危害性限制了zr-mofs在环境条件下的实际应用。
6、另外,目前报道的大多数材料仅针对一类/或一种化学毒物有良好的催化解毒效果,导致单一功能的洗消材料无法满足实际需求。
7、因此,如何开发一种在环境条件下对化学毒物具有快速、高效、广谱洗消性能的材料是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
1、有鉴于此,本发明的目的在于提供一种化学毒物洗消用层状氢氧化物复合材料及其制备方法,以解决现有技术中的不足。本发明基于多重反应途径、多种洗消机理协同/或共同作用,制备了一种在环境条件下对化学毒物具有快速、高效、广谱洗消性能的层状氢氧化物复合材料。
2、为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
3、一种化学毒物洗消用层状氢氧化物复合材料的制备方法,具体包括以下步骤:
4、(1)将可溶性金属盐溶于水中,搅拌,得到可溶性金属盐溶液;
5、(2)将碱性物质溶于水中,搅拌,得到碱溶液;
6、(3)将可溶性金属盐溶液和碱溶液混合,调节ph值,陈化,离心,洗涤,干燥,研磨,过筛,煅烧,冷却,得到半成品;
7、(4)将半成品分散到可溶性盐的水溶液中,并持续通入n2,搅拌,离心,洗涤,真空干燥,即得化学毒物洗消用层状氢氧化物复合材料。
8、进一步,上述步骤(1)中,可溶性金属盐包括可溶性二价金属盐、可溶性三价金属盐和可溶性四价金属盐。
9、更进一步,上述可溶性二价金属盐为锌、镁、钙、铜、铁的硝酸盐、硫酸盐、高氯酸盐和盐酸盐中的至少一种,优选为六水合硝酸锌(zn(no3)2﹒6h2o)或六水合硝酸镁(mg(no3)2﹒6h2o),更优选为六水合硝酸锌(zn(no3)2﹒6h2o);可溶性三价金属盐为铝、铈、铁、钌的硝酸盐、硫酸盐、高氯酸盐和盐酸盐中的至少一种,优选为九水合硝酸铝(al(no3)3﹒9h2o);可溶性四价金属盐为锆、铈、锡、铪的硝酸盐、硫酸盐、高氯酸盐和盐酸盐中的至少一种,优选为硝酸氧锆(zro(no3)2﹒xh2o)。
10、更进一步,上述可溶性金属盐溶液中,二价金属离子的摩尔浓度与三价金属离子和四价金属离子的摩尔浓度之和的比值为(2-4):1,四价金属离子与三价金属离子的摩尔浓度比为(0.1-2):1。
11、更进一步,上述可溶性金属盐溶液中,二价金属离子的浓度为0.05-5mol/l,三价金属离子的浓度为0.025-2.5mol/l,四价金属离子的浓度为0.0025-5mol/l。
12、进一步,上述步骤(2)中,碱性物质为氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钠和碳酸氢钠中的至少一种,优选为氢氧化钠(naoh)和碳酸钠(na2co3);碱溶液的浓度为0.2-2mol/l。
13、进一步,上述步骤(3)中,可溶性金属盐溶液和碱溶液的质量比为(1:10)-(50:1),优选为1:1或2:1,更优选为2:1;ph值调节为3-11,优选为8-8.5;陈化的温度为50-200℃,优选为80℃,时间为0.5-24h,优选为1h;洗涤至中性;干燥的温度为30-150℃,优选为80℃,时间为3-18h,优选为12h;过筛的筛网目数为500目;煅烧的温度为300-700℃,优选为450℃,时间为2-16h,优选为4h,升温速率为2℃/min;冷却至室温。
14、进一步,上述步骤(4)中,可溶性盐为氢氧化钠、碳酸氢钠、钴(iii)钨酸钾、四(4-羧苯基)卟吩的钠盐、四(4-羧基苯基)锌卟啉的钠盐、四(4-羧基苯基)铜卟啉的钠盐、四(4-羧基苯基)铁卟啉的钠盐、四(4-羧基苯基)锰卟啉的钠盐、过硫酸氢钾、k7hnb6o19和hxna5-xpmo10v2o40中的至少一种,其中,x=0-5,优选为氢氧化钠(naoh);可溶性盐的水溶液的浓度为0.01-5.0mol/l,优选为1mol/l;半成品和可溶性盐的水溶液的质量比为1:(130-1000),优选为1:200。
15、进一步,上述步骤(4)中,搅拌的温度为15-80℃,时间为0.5-6h,优选为1.5h;洗涤至中性;真空干燥的温度为30-80℃,优选为80℃,时间为6-12h,优选为8h。
16、本发明还请求保护一种由上述制备方法制得的化学毒物洗消用层状氢氧化物复合材料。
17、经由上述的技术方案可知,与现有技术相比,本发明的有益效果如下:
18、1.原料廉价,制备方法简单,克服了催化剂制备工艺复杂、成本高等实际问题。
19、2.本发明层状氢氧化物复合材料层板中的四价金属离子具有强lewis酸性,对神经性毒物的消解性能非常快速。
20、3.本发明层状氢氧化物复合材料层间引入了功能性的阴离子(可溶性盐),基于多重反应途径、多种催化洗消机理协同/或共同作用,能够对神经性性毒物和糜烂性毒物具有广谱快速洗消性能。
21、4.本发明层状氢氧化物复合材料自身具有固体碱特性,能够保证神经性毒物水解反应的快速进行,避免了zr-mofs类材料需要外加液体碱达到增强化学毒物洗消性能的的缺点,也克服了其它类洗消材料的缺点。
22、5.本发明层状氢氧化物复合材料可在环境条件下与化学毒物直接混合,使用方便,且可实现对化学毒物快速消解。
1.一种化学毒物洗消用层状氢氧化物复合材料的制备方法,其特征在于,具体包括以下步骤:
2.根据权利要求1所述的一种化学毒物洗消用层状氢氧化物复合材料的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,所述可溶性金属盐包括可溶性二价金属盐、可溶性三价金属盐和可溶性四价金属盐。
3.根据权利要求2所述的一种化学毒物洗消用层状氢氧化物复合材料的制备方法,其特征在于,所述可溶性二价金属盐为锌、镁、钙、铜、铁的硝酸盐、硫酸盐、高氯酸盐和盐酸盐中的至少一种;
4.根据权利要求2或3所述的一种化学毒物洗消用层状氢氧化物复合材料的制备方法,其特征在于,所述可溶性金属盐溶液中,二价金属离子的摩尔浓度与三价金属离子和四价金属离子的摩尔浓度之和的比值为(2-4):1,四价金属离子与三价金属离子的摩尔浓度比为(0.1-2):1。
5.根据权利要求4所述的一种化学毒物洗消用层状氢氧化物复合材料的制备方法,其特征在于,所述可溶性金属盐溶液中,二价金属离子的浓度为0.05-5mol/l,三价金属离子的浓度为0.025-2.5mol/l,四价金属离子的浓度为0.0025-5mol/l。
6.根据权利要求1所述的一种化学毒物洗消用层状氢氧化物复合材料的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所述碱性物质为氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钠和碳酸氢钠中的至少一种;所述碱溶液的浓度为0.2-2mol/l。
7.根据权利要求1所述的一种化学毒物洗消用层状氢氧化物复合材料的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,所述可溶性金属盐溶液和碱溶液的质量比为(1:10)-(50:1);所述ph值调节为3-11;所述陈化的温度为50-200℃,时间为0.5-24h;所述洗涤至中性;所述干燥的温度为30-150℃,时间为3-18h;所述过筛的筛网目数为500目;所述煅烧的温度为300-700℃,时间为2-16h;所述冷却至室温。
8.根据权利要求1所述的一种化学毒物洗消用层状氢氧化物复合材料的制备方法,其特征在于,步骤(4)中,所述可溶性盐为氢氧化钠、碳酸氢钠、钴(iii)钨酸钾、四(4-羧苯基)卟吩的钠盐、四(4-羧基苯基)锌卟啉的钠盐、四(4-羧基苯基)铜卟啉的钠盐、四(4-羧基苯基)铁卟啉的钠盐、四(4-羧基苯基)锰卟啉的钠盐、过硫酸氢钾、k7hnb6o19和hxna5-xpmo10v2o40中的至少一种,其中,x=0-5;所述可溶性盐的水溶液的浓度为0.01-5.0mol/l;所述半成品和可溶性盐的水溶液的质量比为1:(130-1000)。
9.根据权利要求1所述的一种化学毒物洗消用层状氢氧化物复合材料的制备方法,其特征在于,步骤(4)中,所述搅拌的温度为15-80℃,时间为0.5-6h;所述洗涤至中性;所述真空干燥的温度为30-80℃,时间为6-12h。
10.一种由权利要求1-9任一项所述制备方法制得的化学毒物洗消用层状氢氧化物复合材料。