水滑石（Layered Double Hydroxides，LDHs）是一種層狀無(wú)機載體功能材料，層間陰離子具有可交換性，并且數量和種類(lèi)可以根據實(shí)際需求進(jìn)行策略性的調整。LDHs的這種組成和結構的可調變性特點(diǎn)，使得其在工業(yè)催化、光電化學(xué)、藥物釋放、塑料改性和廢水處理等領(lǐng)域成為具有研究潛力和應用前景的材料之一。
　　
　　由于LDHs是強親水性的無(wú)機物，且片狀結構的層間距較小，故與聚合物的相容性較差，LDHs納米級的分散不易實(shí)現。另外，LDHs層間陰離子的可交換性使得改性后的LDHs具有特定的功能特性，因此，需要對LDHs進(jìn)行改性處理，來(lái)改善界面性質(zhì)和擴展應用范圍。
　　
　　LDHs的改性方法有很多，可以根據合成材料所要求的特性和應用領(lǐng)域選用適當的方法。其中，最常用的方法主要包括共沉淀法、水熱合成法、離子交換法和焙燒復原法。
　　
　　1、共沉淀法
　　
　　共沉淀法是合成LDHs最常用的方法。將含有一定比例的二價(jià)、三價(jià)金屬陽(yáng)離子的混合水溶液加入堿性溶液中，控制體系的pH值，保持一定溫度，在不斷快速攪拌下反應至溶液產(chǎn)生沉淀，將沉淀物繼續陳化一段時(shí)間，再經(jīng)過(guò)濾、洗滌和干燥后得到LDHs固體。通常硝酸鹽、氯化物、硫酸鹽和碳酸鹽等都可以用作金屬鹽，堿可以選擇常用的氫氧化鈉、氫氧化鉀和氨水等。共沉淀法工藝方法簡(jiǎn)單，合成周期較短，條件易于控制，應用范圍廣。采用不同陰、陽(yáng)離子可制備出多種組成和種類(lèi)的LDHs。
　　
　　LI等以拜耳活性赤泥為原料，通過(guò)共沉淀法合成了Mg/Al/Fe三元雙層LDHs。然后，將十二烷基硫酸鈉（SDS）插入制備的LDH中。XRD的結果表明，LDH-SDS的（003）峰、（006）峰和（009）峰與未改性L(fǎng)DHs相比，分別向小角度移動(dòng)，SDS以單分子垂直的方式插入LDHs層間，層間距增大了1.993nm。此外，經(jīng)KH550表面改性后得到了LDH-SDS-KH，該材料的晶體結構和結構參數與LDH-SDS基本一致，表明表面改性并沒(méi)有改變LDH-SDS的穩定性和結構。FTIR圖譜的結果表明，SDS已成功取代CO32−，進(jìn)入層間。
　　
　　陳航等采用共沉淀法成功制備了苯甲酸根插層的LDHs材料，插層后的材料具備較好的結晶度、完整的結晶結構和規則的層狀結構。XRD結果表明，LDHs的層間距為1.07nm，說(shuō)明苯甲酸增加了層間距。FTIR的表征進(jìn)一步說(shuō)明了上述結果。
　　
　　2、水熱法
　　水熱法在一般情況下不需要進(jìn)行高溫處理，可以控制產(chǎn)物的晶形結構，獲得層狀結構明顯的LDHs。將混合物置于高壓反應釜中，在一定溫度條件下，進(jìn)行不同時(shí)長(cháng)的靜態(tài)反應得到LDHs。
　　
　　LUO等采用水熱合成法，分別在80℃和140℃下制備了2種鈷鋁水滑石材料（Co-Al-LDHs），在140℃下制備的Co-Al-LDHs納米片具有較高的熱穩定性，催化劑活性高于80℃下制備的納米片。
　　
　　CARDINALE等經(jīng)水熱合成法獲得了NiAl-NO3/LDH和MgAl-CO3/LDH這2種化合物。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、離子交換法
　　
　　離子交換法是已存在LDHs的層間陰離子與其他客體陰離子進(jìn)行交換，從而獲得一種新型客體化的LDHs化合物?？梢愿鶕栊阅艿牟煌?，調整層間的陰離子數量和類(lèi)型?？腕w陰離子、交換介質(zhì)、pH值和反應時(shí)間都對離子交換過(guò)程有很大影響。
　　
　　DWIASI等首先通過(guò)共沉淀法制備了Ni-Al-NO3/LDH，然后與苯甲酸根離子進(jìn)行離子交換，得到插層化合物Ni-Al-Benzoate/LDH，將其作為吸附劑應用到阿莫西林藥物中。
　　
　　李燕等以檸檬酸根（Cit3−）和十二烷基苯磺酸根（DBS−）為復合改性劑，采用離子交換法成功制備了改性L(fǎng)DHs，改性前后樣品的XRD圖譜基本上保持一致，說(shuō)明LDHs的晶體結構沒(méi)有發(fā)生改變，Cit-LDHs和DBS-LDHs的層間距均有所增加，表明Cit3−和DBS−分別取代了NO3−。
　　
　　4、焙燒復原法
　　
　　焙燒復原法分為2個(gè)步驟。首先在500～800℃下將LDHs高溫煅燒，層間的CO32−，NO3−或其他有機陰離子分子可以在煅燒過(guò)程后被去除。其片層結構出現崩塌，得到層狀雙金屬氧化物（Layered Double Oxides，LDO）。然后再根據LDO的記憶效應，在水溶液中使其吸收陰離子重構成LDHs。焙燒復原法的優(yōu)點(diǎn)是可以定向得到所需要的陰離子水滑石，并且能夠消除與有機陰離子的競爭，提高耐酸性，在更寬的pH范圍內應用。也要考慮焙燒溫度過(guò)高可能會(huì )破壞水滑石的層狀結構，此外復原時(shí)還要注意陰離子介質(zhì)的濃度等問(wèn)題。
　　
　　COSANO等在450℃煅燒溫度下將LDHs變成LDOs，再利用其“記憶效應”在硝酸鹽水溶液中恢復到初始結構。研究結果表明，起始LDHs的Mg與Al的物質(zhì)的量比對反應有重要影響，硝酸鹽的吸附速率隨比例的增大而減小，吸附過(guò)程符合Lagerren準一級動(dòng)力學(xué)模型。同時(shí)升高溫度也會(huì )增加硝酸鹽的吸收。
　　
　　任德財等以山梨酸鉀/十二烷基硫酸鈉（SBA/SDS）為復合插層劑，探討了pH值和復合插層劑的加入順序對焙燒復原法柱撐效果的影響。經(jīng)過(guò)FTIR和XRD測試表明，LDOs在溫度為70℃，反應時(shí)間為4h的條件下，在pH值為9時(shí)先加入SDS，然后在pH值為4時(shí)加入SBA，制得的復合插層劑SBA/SDS可以消除CO32−的干擾，柱撐至LDHs層間。
　　
　　資料來(lái)源：《任德財,林鵬,史鵬,等.水滑石的改性及在食品包裝領(lǐng)域應用的研究進(jìn)展[J].包裝工程,2021,42(13):123-130》，由【粉體技術(shù)網(wǎng)】編輯整理，轉載請注明出處！