水滑石4大改性技术及研究进展

　　水滑石（LayeredDoubleHydroxides，LDHs）是一种层状无机载体功能材料，层间阴离子具有可交换性，并且数量和种类可以根据实际需求进行策略性的调整。LDHs的这种组成和结构的可调变性特点，使得其在工业催化、光电化学、药物释放、塑料改性和废水处理等领域成为具有研究潜力和应用前景的材料之一。

　　 　　由于LDHs是强亲水性的无机物，且片状结构的层间距较小，故与聚合物的相容性较差，LDHs纳米级的分散不易实现。另外，LDHs层间阴离子的可交换性使得改性后的LDHs具有特定的功能特性，因此，需要对LDHs进行改性处理，来改善界面性质和扩展应用范围。 　　 　　LDHs的改性方法有很多，可以根据合成材料所要求的特性和应用领域选用适当的方法。其中，最常用的方法主要包括共沉淀法、水热合成法、离子交换法和焙烧复原法。 　　 　　1、共沉淀法 　　 　　共沉淀法是合成LDHs最常用的方法。将含有一定比例的二价、三价金属阳离子的混合水溶液加入碱性溶液中，控制体系的pH值，保持一定温度，在不断快速搅拌下反应至溶液产生沉淀，将沉淀物继续陈化一段时间，再经过滤、洗涤和干燥后得到LDHs固体。通常硝酸盐、氯化物、硫酸盐和碳酸盐等都可以用作金属盐，碱可以选择常用的氢氧化钠、氢氧化钾和氨水等。共沉淀法工艺方法简单，合成周期较短，条件易于控制，应用范围广。采用不同阴、阳离子可制备出多种组成和种类的LDHs。 　　 　　LI等以拜耳活性赤泥为原料，通过共沉淀法合成了Mg/Al/Fe三元双层LDHs。然后，将十二烷基硫酸钠（SDS）插入制备的LDH中。XRD的结果表明，LDH-SDS的（）峰、（）峰和（）峰与未改性LDHs相比，分别向小角度移动，SDS以单分子垂直的方式插入LDHs层间，层间距增大了1.nm。此外，经KH表面改性后得到了LDH-SDS-KH，该材料的晶体结构和结构参数与LDH-SDS基本一致，表明表面改性并没有改变LDH-SDS的稳定性和结构。FTIR图谱的结果表明，SDS已成功取代CO32，进入层间。 　　 　　陈航等采用共沉淀法成功制备了苯甲酸根插层的LDHs材料，插层后的材料具备较好的结晶度、完整的结晶结构和规则的层状结构。XRD结果表明，LDHs的层间距为1.07nm，说明苯甲酸增加了层间距。FTIR的表征进一步说明了上述结果。 　　 　　2、水热法 　　水热法在一般情况下不需要进行高温处理，可以控制产物的晶形结构，获得层状结构明显的LDHs。将混合物置于高压反应釜中，在一定温度条件下，进行不同时长的静态反应得到LDHs。 　　 　　LUO等采用水热合成法，分别在80℃和℃下制备了2种钴铝水滑石材料（Co-Al-LDHs），在℃下制备的Co-Al-LDHs纳米片具有较高的热稳定性，催化剂活性高于80℃下制备的纳米片。 　　 　　CARDINALE等经水热合成法获得了NiAl-NO3/LDH和MgAl-CO3/LDH这2种化合物。NiAl-NO3/LDH化合物可以使水溶液中Cr（Ⅵ）含量降低，MgAl-CO3/LDH在Cu（Ⅱ）和Fe（Ⅲ）的去除方面非常有效。 　　 　　3、离子交换法 　　 　　离子交换法是已存在LDHs的层间阴离子与其他客体阴离子进行交换，从而获得一种新型客体化的LDHs化合物。可以根据所需性能的不同，调整层间的阴离子数量和类型。客体阴离子、交换介质、pH值和反应时间都对离子交换过程有很大影响。 　　 　　DWIASI等首先通过共沉淀法制备了Ni-Al-NO3/LDH，然后与苯甲酸根离子进行离子交换，得到插层化合物Ni-Al-Benzoate/LDH，将其作为吸附剂应用到阿莫西林药物中。 　　 　　李燕等以柠檬酸根（Cit3）和十二烷基苯磺酸根（DBS）为复合改性剂，采用离子交换法成功制备了改性LDHs，改性前后样品的XRD图谱基本上保持一致，说明LDHs的晶体结构没有发生改变，Cit-LDHs和DBS-LDHs的层间距均有所增加，表明Cit3和DBS分别取代了NO3。 　　 　　4、焙烧复原法 　　 　　焙烧复原法分为2个步骤。首先在～℃下将LDHs高温煅烧，层间的CO32，NO3或其他有机阴离子分子可以在煅烧过程后被去除。其片层结构出现崩塌，得到层状双金属氧化物（LayeredDoubleOxides，LDO）。然后再根据LDO的记忆效应，在水溶液中使其吸收阴离子重构成LDHs。焙烧复原法的优点是可以定向得到所需要的阴离子水滑石，并且能够消除与有机阴离子的竞争，提高耐酸性，在更宽的pH范围内应用。也要考虑焙烧温度过高可能会破坏水滑石的层状结构，此外复原时还要注意阴离子介质的浓度等问题。 　　 　　COSANO等在℃煅烧温度下将LDHs变成LDOs，再利用其“记忆效应”在硝酸盐水溶液中恢复到初始结构。研究结果表明，起始LDHs的Mg与Al的物质的量比对反应有重要影响，硝酸盐的吸附速率随比例的增大而减小，吸附过程符合Lagerren准一级动力学模型。同时升高温度也会增加硝酸盐的吸收。 　　 　　任德财等以山梨酸钾/十二烷基硫酸钠（SBA/SDS）为复合插层剂，探讨了pH值和复合插层剂的加入顺序对焙烧复原法柱撑效果的影响。经过FTIR和XRD测试表明，LDOs在温度为70℃，反应时间为4h的条件下，在pH值为9时先加入SDS，然后在pH值为4时加入SBA，制得的复合插层剂SBA/SDS可以消除CO32的干扰，柱撑至LDHs层间。 　　 　　资料来源：《任德财,林鹏,史鹏,等.水滑石的改性及在食品包装领域应用的研究进展[J].包装工程,,42(13):-》，由编辑整理，转载请注明出处！