水滑石
【概述】
水滑石于1842年在瑞典首次被發(fā)現(xiàn)，它是一種碳酸型鎂鋁雙氫氧化物，在自然狀態(tài)下以葉狀和旋轉(zhuǎn)板狀或纖維團(tuán)狀形式存在。水滑石及類水滑石化合物具有特殊的層狀結(jié)構(gòu)及物理化學(xué)性質(zhì)，具有孔徑可調(diào)變的擇形吸附的催化性能，在吸附、催化領(lǐng)域中占有重要位置。LDHs陰離子型層柱材料在催化、離子交換與吸附、醫(yī)藥、功能高分子材料、添加劑及造紙等方面已得到廣泛的應(yīng)用。
【結(jié)構(gòu)】
典型的水滑石類化合物是水滑石，其分子式為Mg6A12(OH)16CO3·4H2O，其主體層板結(jié)構(gòu)非常類似于水鎂石Mg(OH)2，結(jié)構(gòu)中心為Mg2+，六個(gè)頂點(diǎn)為OH-，由相鄰的MgO6八面體共用棱形成單元層(層板厚度約0.47nm)，層與層間對(duì)頂?shù)丿B在一起，層間通過氫鍵締合。位于層上的Mg2+可在一定范圍內(nèi)被半徑相似的Al3+同晶取代，使得主體層板帶永久正電荷；中層間具有可交換的陰離子CO32-，它所帶的負(fù)電荷與層上正電荷平衡，使得這一結(jié)構(gòu)呈電中性。此外在層間其余空間，存在一些結(jié)晶水，這些水分子可以在不破壞層狀結(jié)構(gòu)的條件下去除。
LDHs中的Mg2+、A13+被其它M2+、M3+同晶取代得到結(jié)構(gòu)相似的水滑石類化合物，它具有以下化學(xué)組成通式：[M2+1-xM3+x(OH)2]z+[An-]z/n·mH2O，結(jié)構(gòu)與水滑石的結(jié)構(gòu)相同，只是陰離子及陽離子種類數(shù)量不同。LDHs的結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。
圖1為水滑石類化合物結(jié)構(gòu)圖
圖2為類水滑石結(jié)構(gòu)圖
圖3為水滑石
水滑石類化合物分子式反映了其層狀結(jié)構(gòu)中所含元素的種類，表明合成各種各樣化學(xué)計(jì)量不同的化合物是可能的。
(1)一般而言，可容許進(jìn)入LDHs層板中的M2+和M3+離子要與Mg2+離子具有相近的離子半徑。組成LDHs常見的二價(jià)金屬離子有Mg2+、Zn2+、Ni2+、Co2+、Cu2+、Ca2+、Mn2+等；三價(jià)金屬離子有A13+、Cr3+、Co3+、Fe3+、Sc3+、V3+等。由這些M2+和M3+離子組合，可形成二元、三元甚至四元的LDHs。M2+與M3+的半徑愈接近愈容易形成穩(wěn)定的層板。
(2)An-為進(jìn)入層間的陰離子，包括無機(jī)陰離子，如CO32-、NO3-、F-、Cl-、Br-、I-、CrO42-、H2PO4-、PO43-、SO42-、SO32-等；有機(jī)陰離子，如對(duì)苯二甲酸根、己二酸根等；配合物陰離子，如Fe(CN)63-、Fe(CN)64-、Zn(BPS)34-、Ru(BPS)33-等；同多和雜多陰離子，如Mo7O246-、V10O286-、PW11CuO396-、W9V3O407-等。通常，陰離子的數(shù)目、體積、價(jià)態(tài)及陰離子與層板羥基的鍵合強(qiáng)度決定了陰離子層狀化合物的層間距大小和層間空間。
(3)x為L(zhǎng)DHs的結(jié)構(gòu)參數(shù)，x=M3+/[M2++M3+]。因此x值的大小直接影響產(chǎn)物組成，一般要合成純凈的LDHs必須滿足0.17≤x≤0.34，x值的變化可能導(dǎo)致不同結(jié)構(gòu)化合物的生成。
(4)m為結(jié)晶水的數(shù)目。隨著比值x的增長(zhǎng)，結(jié)晶水的數(shù)目m逐漸減少。其值可由下列各式得到：(ⅰ)m=1-Nx/n，其中N為陰離子占據(jù)的位置數(shù)目，n為陰離子電荷數(shù)；(ⅱ)m=(1-3x)/(2+d)，這里d=0.125；(ⅲ)對(duì)MgAl-LDH，m=0.8-x。
(5)n為層間陰離子電荷。n值應(yīng)滿足1/n≤An-/M3+≤1。
【性質(zhì)】
1.層間離子的可交換性
LDHs的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使其層間陰離子可與多種陰離子進(jìn)行交換。離子的交換從在交換順序，對(duì)于無機(jī)陰離子，其交換能力大小順序?yàn)椋篊O32->SO42->HP04->OH->F->C->Br->NO3-。一般而言，高價(jià)陰離子易于交換進(jìn)入層間，而低價(jià)陰離子易于被交換出來。利用LDHs的這種性質(zhì)可以調(diào)變層間陰離子的種類賦予LDHs不同的性質(zhì)，合成不同類型的LDHs（如各種有機(jī)插層陰離子水滑石）。
2.酸堿雙功能性
（1）堿性
LDHs最基本的性質(zhì)是堿性，水滑石類層狀化合物的層板上含有堿性位OH-，此堿性位可與其它化合物反應(yīng)接枝，改變其化學(xué)或物理性質(zhì)，賦予水滑石以新的性能。不同LDHs的堿性強(qiáng)弱與組成中二價(jià)金屬氫氧化物的堿性強(qiáng)弱基本一致，但由于它一般具有很小的比表面積(約5~20m2/g)，表觀堿性較小，其焙燒產(chǎn)物CLDH表現(xiàn)出較強(qiáng)的堿性?？傮w來講，LDHs為弱堿性化合物，在堿性環(huán)境下比酸性環(huán)境下穩(wěn)定。
（2）酸性
LDHs的酸性與層板上金屬離子的酸性和層間陰離子有關(guān)。不同LDHs的酸性強(qiáng)弱與三價(jià)金屬氫氧化物的酸性強(qiáng)弱和二價(jià)金屬氫氧化物的堿性強(qiáng)弱有關(guān)。層間陰離子電荷分布影響層板酸堿性的變化。
3.熱穩(wěn)定性
LDHs由于具有層狀結(jié)構(gòu)，層內(nèi)存在強(qiáng)烈的共價(jià)鍵作用，層間存在靜電引力，以及層板與層間陰離子間存在靜電吸引、氫鍵等非共價(jià)鍵弱相互作用，因此具有一定的熱穩(wěn)定性，其熱穩(wěn)定性基本相近，根據(jù)組成不同略有差異。以水滑石為例，其熱分解過程包括脫結(jié)晶水、層板羥基縮水并脫除CO2和新相生成等步驟。具體如下：
(1)焙燒溫度低于200℃時(shí)，僅失去結(jié)晶水，其層狀結(jié)構(gòu)沒有被破壞；
(2)加熱到250~450℃時(shí)，層板羥基縮水并脫除CO2；
(3)在450~550℃區(qū)間，可形成比較穩(wěn)定的雙金屬氧化物，簡(jiǎn)寫為L(zhǎng)DO，例如鎂鋁水滑石在此溫度范圍內(nèi)的焙燒產(chǎn)物是Mg3A1O4(OH)。LDO仍可作為一類重要的催化劑和載體，它具有比其前驅(qū)體更大的比表面積(約200~300m2/g)，其結(jié)構(gòu)中堿性中心充分暴露，因此具有比LDHs更強(qiáng)的堿性。CLDH在一定條件下能夠重新吸收水和CO32-等陰離子而部分恢復(fù)到原來的LDHs結(jié)構(gòu)這即是所謂的“記憶效應(yīng)”，反應(yīng)方程式如下：Mg1-xA1x(OH)2(CO3)x/2·yH2O→Mg1-xA1xO1+x/2+(x/2)CO2+(l+y)H2OMg1-xAlxO1+x/2+(x/n)An-+(1+(x/2)+y)H2O→Mg1-xAlx(OH)2An-x/n·yH2O+xOH-
(4)當(dāng)加熱溫度超過600℃時(shí)，形成尖晶石相產(chǎn)物，例如鎂鋁水滑石開始形成尖晶石MgAl2O4和MgO，金屬氧化物的混合物開始燒結(jié)，使表面積大大降低，孔體積減小，堿性減弱。
4.記憶效應(yīng)
所謂水滑石的記憶效應(yīng)是指在一定條件下，將LDHs熱分解所獲得的氧化物在一定外界條件下，可使之恢復(fù)到起始物質(zhì)狀態(tài)。但是，記憶效應(yīng)與熱分解的溫度有關(guān)，當(dāng)溫度過高時(shí)，分解產(chǎn)物無法恢復(fù)至LDHs的結(jié)構(gòu)。同時(shí)，此種恢復(fù)不是百分之百的恢復(fù)，且在恢復(fù)過程中，其結(jié)晶度會(huì)有所降低。
5.粒徑的可調(diào)控性
LDHs的粒子大小及粒徑分布可以通過改變合成方法及條件而得以控制，從而擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。因?yàn)長(zhǎng)DHs的層板厚度為納米級(jí)，所以還可采用適宜的復(fù)合技術(shù)，使其以層板尺寸分散于有機(jī)體中，形成納米復(fù)合材料，將無機(jī)物的剛性、尺寸穩(wěn)定性與聚合物的可加工性和其它性能結(jié)合在一起，大幅度改善聚合物的物理化學(xué)性質(zhì)。
6.阻燃性能
LDHs在受熱時(shí)，其結(jié)構(gòu)水和層板羥基及層間陰離子以水和CO2的形式脫出，起到降低燃燒氣體濃度、阻隔O2氣的阻燃作用；并且LDHs的結(jié)構(gòu)水、層板羥基及層間陰離子在不同溫度范圍內(nèi)脫離層板，從而可在較大范圍內(nèi)(200~800℃)釋放阻燃物種；在阻燃過程中，吸熱量大，有利于降低燃燒時(shí)產(chǎn)生的高溫。
7.紅外吸收性能
LDHs在1370cm-1附近出現(xiàn)層間CO32-的強(qiáng)特征吸收峰，在1000~400cm-1范圍有層板上M-O鍵及層間陰離子的特征吸收峰，并且其紅外吸收范圍可以通過調(diào)變組成加以改變。
8.紫外阻隔性能
在LDHs層間插入有機(jī)紫外吸收劑基團(tuán)，可選擇性提高LDH的紫外吸收性能，提高對(duì)光的穩(wěn)定性。
9.殺菌防霉性能
LDO是LDHs的焙燒產(chǎn)物，其二價(jià)金屬離子中為鋅離子的LDO具有良好的殺菌防霉性能，且其殺菌防霉性能可隨材料的組成、結(jié)構(gòu)不同而改變。
【制備方法】
LDHs主要制備方法是通過鹽和堿反應(yīng)、鹽和氧化物反應(yīng)和離子交換反應(yīng)制得，基于以上主要方法進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)而衍生出來不同的方法，如誘導(dǎo)水解法、共沉淀法、溶膠-凝膠法、鹽-氧化物法、成核-晶化隔離法等。
1.共沉淀法
共沉淀法是合成水滑石常用的方法，是通過混合金屬鹽溶液與堿金屬氫氧化物的反應(yīng)而得到LDHs，用共沉淀法合成LDHs金屬鹽可用硝酸鹽、硫酸鹽、氯化物和碳酸鹽等，堿可以用氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨水等。例如本課題組氨基乙酸陰離子插層水滑石的制備是將氨基乙酸（30mmol）溶解于煮沸的去離子水中（水溫約60至80度，未控制）攪拌片刻，用氫氧化鈉(2.3M)調(diào)節(jié)溶液PH=11。通過共沉淀法將六水硝酸鎂（10mmol）和九水硝酸鋁（3.3mmol）的水溶液（鎂鋁分子比為3：1）和氫氧化鈉溶液（2.3M）同時(shí)滴入到基質(zhì)溶液中，在滴加的過程中控制PH=11不變。其后進(jìn)行精化、洗滌和干燥。共沉淀法按照過飽和度可分為低過飽和度法(PLS)及高過飽和度法(PHS)。低過飽和度法是將堿液緩慢加入到鹽混合溶液中，通過控制滴加速度來控制pH值，而高過飽和度法是將混合溶液在劇烈攪拌下快速加入到堿液中。一般常用PLS法來制備LDHs，因?yàn)橛肞HS法制備時(shí)往往由于攪拌速度跟不上沉淀速度，常會(huì)伴有氫氧化物雜相的生成[9]。按照pH值來分，共沉淀法還包括變化pH值共沉淀法和恒定pH值共沉淀法。變化pH值共沉淀法制備手續(xù)與PLS法相同，而恒定pH值共沉淀法基本上與PHS法相同，另外，要得到純凈和結(jié)晶度良好的水滑石樣品，還需注意以下幾個(gè)方面[10]：M3+/(M2++M3+)要合適（一般0.2-0.34）；在制備非碳酸根陰離子LDHs時(shí)，要特別注意隔絕空氣，一般要在N2氣氛中制備；要嚴(yán)格控制pH值，以避免氫氧化物雜相的生成（pH值過高還會(huì)造成Al3+及其他離子的溶解，而低的pH值會(huì)使合成按復(fù)雜的路線進(jìn)行，并且合成不完全）；進(jìn)行晶化后處理，為得到結(jié)晶度良好的產(chǎn)品，在共沉淀發(fā)生后，必須經(jīng)過一段時(shí)間的晶化。晶化過程可是靜態(tài)的，也可以是動(dòng)態(tài)的，必要時(shí)加壓晶化。水滑石晶化過程研究表明：將沉淀步驟所得漿液置于高壓釜中，在較高溫度下水熱靜態(tài)晶化比在常壓一定溫度下攪拌晶化所得水滑石晶形較好，晶粒較大，晶化時(shí)間相對(duì)較短。
用共沉淀法制備LDHs的主要優(yōu)點(diǎn)是適用范圍廣，幾乎所有的M2+和M3+的LDHs都可用共沉淀法制備，對(duì)于同一種M2+和M3+體系，只要調(diào)整M2+和M3+的原料比，就可制備一系列[M2+]/[M3+)]比值不同的LDHs。對(duì)于同一種M2+和M3+體系，可通過選擇料陰離子的不同，制備一系列金屬離子相同而陰離子不同的LDHs。用共沉淀法可合成二元類、三元類、四元類和五元類LDHs，只有當(dāng)金屬離子在堿性介質(zhì)中不穩(wěn)定或當(dāng)鹽類不可溶時(shí)，共沉淀法才無法使用。
2.焙燒還原法
焙燒還原法制備LDHs基本原理是先利用各種方法如共沉淀法制備前體水滑石，其后在適當(dāng)?shù)臏囟认逻M(jìn)行煅燒（500度），將焙燒好的樣品至于含有預(yù)插層陰離子的體系中反應(yīng)一段時(shí)間，經(jīng)過適當(dāng)?shù)木稍锛纯傻玫侥康年庪x子插層水滑石，其結(jié)構(gòu)與用共沉淀法制備的結(jié)構(gòu)相同（由于水滑石的記憶效應(yīng)），此方法能制備陰離子不同但晶體結(jié)構(gòu)與初始結(jié)構(gòu)相同的水滑石。在用焙燒還原法制備水滑石時(shí)，應(yīng)該注意前體水滑石的焙燒溫度，一般按前體組分的不同，選擇合適的焙燒溫度，就能保持原來的晶體結(jié)構(gòu)（一般而言，焙燒溫度在500度以內(nèi)結(jié)構(gòu)重建是可能的）[11,12]。另外利用此方法可制備不能由普通方法（如共沉淀法）制備的水滑石，拓寬了水滑石合成的思路與范圍。
3.離子交換法
離子交換法的基本原理是利用常見無機(jī)或有機(jī)陰離子制備前體水滑石，然后用需要的陰離子與水滑石中原有陰離子交換，得到所需的LDHs[13,14]，此法是共沉淀法的一種補(bǔ)充，當(dāng)某些LDHs不能直接用共沉淀法制備時(shí)，可嘗試用此法。在使用此方法時(shí)應(yīng)該注意以下方面：一般不能用大體積無機(jī)陰離子去交換小體積無機(jī)陰離子。一般要先用共沉淀法制備大體積有機(jī)陰離子的水滑石前體，然后用大體積無機(jī)陰離子用離子交換法去取代有機(jī)陰離子而制得大體積無機(jī)陰離子水滑石（Drezdzon在研究中，先用共沉淀法制備了對(duì)苯二甲酸根陰離子的水滑石，然后在微酸性條件下分別用含NaVO3或Na2MoO4.H2O的溶液來進(jìn)行置換反應(yīng)，得到Mg12Al6(OH)36(V10O28)xH2O或Mg12Al6(OH)36(Mo7O24)xH2OLDHs）；一般不能用交換能力低的陰離子去取代交換能力高的陰離子，常見無機(jī)陰離子可被交換的順序?yàn)镹O3->Cll->SO42->CO32-，即NO3-最易被其他陰離子所交換，而CO32-通常只是交換其他離子，一般來說，陰離子的電荷越高，半徑越小，則交換能力越強(qiáng)；水滑石本身的交換能力也有差異。水滑石的組成對(duì)離子交換反應(yīng)也產(chǎn)生一定影響，如鎂鋁水滑石和鋅鋁水滑石通常易于進(jìn)行離子交換，而鎳鋁水滑石則往往較難。一般來說，層間結(jié)合水較多有利于交換，表面結(jié)合水較多不利于交換；溶劑對(duì)離子交換能力也有影響，有的溶劑能使水滑石層發(fā)生溶漲（即所謂的剝層），為其進(jìn)行離子交換提供可能。用離子交換法是合成具有較大陰離子基團(tuán)的LDHs的重要方法，而且通過控制離子交換的反應(yīng)條件，不僅可以保持水滑石原有的晶相結(jié)構(gòu)，還可以對(duì)層間陰離子的種類和數(shù)量進(jìn)行設(shè)計(jì)和組裝，但離子交換法也有一些缺點(diǎn)，如制備水滑石種類受到限制，制備時(shí)間較長(zhǎng)。
4.水熱法
水熱法是將共沉淀得到的沉淀與母液置于反應(yīng)釜中，密封后在一定溫度下進(jìn)行不同時(shí)間的靜態(tài)處理來得到LDHs（如本文共沉淀中氨基乙酸插層水滑石的制備）。用水熱法制備的LDHs的主要特征是具有明顯的層狀結(jié)構(gòu)，晶相結(jié)構(gòu)完整，結(jié)晶度高。
5.誘導(dǎo)水解法
誘導(dǎo)水解法合成LDHs基本過程如：首先，在一定pH值下制備三價(jià)金屬陽離子的氫氧化物沉淀，在該pH值下，將制得的氫氧化物懸濁液加入相同pH值的二價(jià)金屬離子的鹽溶液中，使二價(jià)金屬陽離子誘導(dǎo)水解形成雙金屬氫氧化物沉淀，二價(jià)金屬陽離子誘導(dǎo)水解會(huì)使pH值降低，所以在反應(yīng)過程中要不斷滴加堿液，反應(yīng)直至pH值不再變化為止，就得到LDHs。Paulhiac等人應(yīng)用此方法合成了些水滑石，說明了此法是一種簡(jiǎn)單的固-液反應(yīng)，通過降低ZnO懸浮液的含量和CrCl3的加入速度或者延長(zhǎng)陳化時(shí)間，可在一定程度上改善合成LDHs的結(jié)晶度[15]。該方法也存在缺點(diǎn)，用該法只能制備幾種LDHs，如ZnCr-LDHs、CuCr-LDHs和ZnAl-LDHs，而ZnFe-LDHs、CuAl-LDHs、CuFe-LDHs和MgCr-LDHs等都不能用該法制備。對(duì)有些LDHs如ZnAl-LDHs，用該法能制備Zn和Al摩爾比不同的ZnAl-LDHs，但對(duì)于一些LDH，如ZnCr-LDHs，用該法制備時(shí)只能制得Zn和Cr的摩爾比為2的ZnCr-LDHs，其他比例的ZnCr-LDHs不能制得，另外，該法制備的LDHs一般不純，如制備的ZnCr-LDHs一般含ZnO固體[16,17]。
6.成核-晶化隔離法
共沉淀法制備LDHs雖然是制備水滑石的常用方法，但由于沉淀粒子是漸次產(chǎn)生，從個(gè)粒子的形成到最后一個(gè)粒子的產(chǎn)生其時(shí)間相差很大，必然導(dǎo)致粒子大小不均。為了解決這個(gè)問題，提出了將成核和晶化分開的方法，即將M2+和M3+鹽混合液和混合堿液快速放在旋轉(zhuǎn)液膜反應(yīng)器中，使反應(yīng)物瞬時(shí)充分接觸、碰撞（成核反應(yīng)瞬間完成，晶核同步生長(zhǎng)），然后把得到的漿液迅速放入高壓釜中，經(jīng)過晶化、過濾、洗滌和干燥可制備得到LDHs。成核-晶化法尤其適用于制備均勻、窄粒度分布的LDHs，已用于工業(yè)化生產(chǎn)[18]。該法的突出優(yōu)點(diǎn)在于克服了一般方法所得產(chǎn)物粒徑不均一的缺點(diǎn)，保證了晶化過程中晶粒尺寸的均勻性，另外，操作簡(jiǎn)單、反應(yīng)時(shí)間短且易于工業(yè)化。
【應(yīng)用】
1.催化方面的應(yīng)用
因LDH、LDO具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特性，從而可以作為堿性催化劑、氧化還原催化劑以及催化劑載體。如：它可以作為加氫、重整、裂解、縮聚、聚合等反應(yīng)的催化劑；Suzuki和Reichle分別報(bào)道了用水滑石及不同陰離子取代的水滑石作2—羥基丁醛縮聚反應(yīng)的催化劑，以及用含稀土La水滑石催化合成鄰苯二甲酸二戊酯等。LDHs作為多相堿性催化劑，在許多反應(yīng)中正在取代NaOH、KOH等傳統(tǒng)堿性催化劑。
由于同多和雜多陰離子柱撐水滑石具有獨(dú)特的性能，如具有可調(diào)變的孔道結(jié)構(gòu)及較強(qiáng)的擇形催化和酸堿性能而倍受人們的重視。文獻(xiàn)報(bào)道比較多的主要是采用二元、三元同多或雜多酸陰離子做柱撐劑，用它們考察過的催化反應(yīng)有加氫、重整、裂解、縮聚、費(fèi)一托合成制低碳醇、酯化、催化氧化等。
LDO具有堿性和催化氧化還原性能，可以作為催化氧化還原吸附劑，吸附SOx，在環(huán)保方面有較高的應(yīng)用價(jià)值。美國(guó)INTERCAT公司已生產(chǎn)出以水滑石為主要成分的吸附劑SOXGETTER，環(huán)保上用于SOx的吸附。
2.醫(yī)藥方面的應(yīng)用
水滑石類化合物可以作為治療胃病如胃炎、胃潰瘍、十二指腸潰瘍等常見疾病。上述胃病一般是由于胃酸過多并積累，胃長(zhǎng)期處于酸性環(huán)境之中而導(dǎo)致的慢性病，其治療方法主要是通過采用堿性的藥物，通過中和反應(yīng)調(diào)節(jié)胃液pH值，適當(dāng)抑制胃蛋白酶的活性，使胃組織功能恢復(fù)正常。采用水滑石，其緩沖范圍是pH值=3～5，能夠有效地抑制胃蛋白酶的活性，藥效顯著且持久，它作為抗酸藥，在迅速取代代氫氧化鋁類傳統(tǒng)抗酸藥。研究證明，通過改進(jìn)水滑石的陰離子組成，得到一些含磷酸鹽陰離子的類水滑石，它們作為抗酸藥，將繼承傳統(tǒng)抗酸藥的優(yōu)點(diǎn)，并且可以避免導(dǎo)致軟骨病和缺磷綜合癥等副作用的發(fā)生。
3.離子交換和吸附方面的應(yīng)用
LDHs可以作為陰離子交換劑使用。LDHs的陰離子交換能力與其層間的陰離子種類有關(guān)，陰離子交換能力順序是CO32—>SO42-->HPO42—>F—>Cl—>B(OH)4—>NO3—。高價(jià)陰離子易于交換進(jìn)入LDH層間，低價(jià)陰離子易于被交換出來。LDHs由于具有較大的內(nèi)表面積，容易接受客體分子，可被用來作為吸附劑。目前，在印染、造紙、電鍍和核廢水處理等方面已有使用LDH、LDO作為離子交換劑或吸附劑的研究報(bào)道。如用LDH通過離子交換法去除溶液中某些金屬離子的絡(luò)合陰離子，如Ni(CN)42—、CrO42—等；用Li和A1與直鏈酸構(gòu)成的LDH可以作為疏水性化合物的吸附劑；利用LDH的選擇性以及異構(gòu)體不同的插入能力來分離異構(gòu)體；LDH、LDO作為一種具有很大潛力的酚類吸附劑，可以從廢水中吸附三氯苯酚(TCP)、三硝基苯酚(TNP)等。
LDHs的離子交換性能與陰離子交換樹脂相似，但其離子交換容量相對(duì)較大(如水滑石，3.33meq／g)、耐高溫(300℃)、耐輻射、不老化、密度大體積小，上述特點(diǎn)尤其適合于核動(dòng)力裝置上放射性廢水的處理。如在核廢水中放射性I—離子的處理可以用LDH。LDO對(duì)于金屬離子具有較強(qiáng)的吸附能力。如核廢水中的Co2+離子，可以使用LDO處理，它不僅吸附Co陽離子還同時(shí)吸附溶液中的陰離子，如SO42—等，它可以在較高的溫度下(500℃)進(jìn)行，與離子交換樹脂相比具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。
4.在功能高分子材料及其添加劑方面的應(yīng)用
(1)多功能紅外吸收材料。LDHs的化學(xué)組成決定其對(duì)紅外具有顯著的吸收效果，而J2LDH的層間、可插入其他對(duì)紅外有吸收作用的有機(jī)分子，如此制得的層柱材料對(duì)紅外的吸收范圍可根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)整。目前將其用于農(nóng)業(yè)棚膜，大幅度提高了保溫效果，同時(shí)LDHs組成和結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)使其兼?zhèn)淇估匣阅?、改善力學(xué)性能、提高阻隔性能、抗靜電性能、防塵性能等。
(2)紫外吸收和阻隔材料。LDHs經(jīng)煅燒后表現(xiàn)出優(yōu)異的紫外吸收和散射效果，利用表面反應(yīng)還可進(jìn)一步強(qiáng)化其紫外吸收能力，使之兼?zhèn)湮锢砗突瘜W(xué)兩種作用。大量實(shí)踐證明，以其作為光穩(wěn)定劑，效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)材料，可廣泛應(yīng)用于塑料、橡膠、纖維、化妝品、涂料、油漆等領(lǐng)域。
(3)新型殺菌材料。因LDHs特殊的化學(xué)組成，其對(duì)多種微生物和菌類的生長(zhǎng)有顯著的抑制作用，用于塑料、農(nóng)膜可防止表面螯生物的形成，用于建筑涂料可避免生成霉菌。LDHs類殺菌材料與ZnO、TiO2、Fe2O3及其復(fù)合氧化物以及含銀鹽的殺菌材料相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：①有效殺菌成分高度分散，殺菌效率高；②在合成材料中分散性好，力學(xué)性能優(yōu)異；③LDHs密度低，透光率高；④耐光和耐候性能好，不易脫色。
(4)新型阻燃材料。LDHs的結(jié)構(gòu)中含有相當(dāng)量的結(jié)構(gòu)水，控制合成條件可使層間具有碳酸根，而且還可在層間引入自由基捕獲劑。大量實(shí)驗(yàn)證明，其具有優(yōu)異的阻燃性能，且無毒，可廣泛用于合成材料、涂料、油漆等。阻燃機(jī)理是其可分解出CO2和水，并可以降低溫度以利于滅火。
(5)新型PVC穩(wěn)定劑。LDHs或LDO都可以捕捉HCl，從而可以做穩(wěn)定劑。穩(wěn)定機(jī)理如下：LDHs十HCl→LDHs—Cl+C02↑LDO+HCl→LDHs-C1LDHs與傳統(tǒng)穩(wěn)定劑如硬脂酸鈣相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：①對(duì)HCl的捕捉容量大，是硬脂酸鈣的4倍；②可以避免塑料的黃化變色，與B．H．T．等穩(wěn)定劑配伍性好；③避免了硬脂酸的危害，無腐蝕、無酸氣、不外逸；④大大降低了水的攜帶量；⑤可以顯著提高塑料的耐候性和耐熱性；⑥它可以與聚合反應(yīng)中的Ziegler-Natta催化劑的殘余物質(zhì)中可產(chǎn)生酸性腐蝕的部分反應(yīng)，從而降低其腐蝕。
LDHs及LDO在功能高分子材料方面的應(yīng)用使陰離子型層柱材料的應(yīng)用領(lǐng)域得以極大地拓展，使其應(yīng)用不僅僅局限于傳統(tǒng)的催化、吸附、離子交換等方面，是應(yīng)用上質(zhì)的飛躍。
5.在電工行業(yè)中的應(yīng)用
一般含鹵阻燃材料發(fā)生火災(zāi)釋放出大量煙霧和有毒、有腐蝕性氣體，對(duì)人員和精密儀器帶來極大損害，即二次災(zāi)難。低煙無鹵阻燃材料可以避免含鹵阻燃材料燃燒時(shí)所帶來的二次災(zāi)難，是阻燃材料的主要發(fā)展趨勢(shì)。
目前，電工行業(yè)主要使用的無鹵阻燃填料是粒狀氫氧化鋁和氫氧化鎂，具有如下特點(diǎn)：同時(shí)起阻燃和填充作用；燃燒時(shí)不產(chǎn)生有毒氣體和腐蝕氣體，具有抑煙功能，本身也無毒、不揮發(fā)、廉價(jià)。氫氧化鋁的起始分解溫度段較低(約200℃左右)，氫氧化鎂的起始分解溫度段較高(約320℃左右)。在抑制材料溫度上升，降低材料表面放熱量，提高材料自燃溫度(高填充時(shí))，延長(zhǎng)引燃時(shí)間方面，氫氧化鋁的作用效果優(yōu)于氫氧化鎂；而在提高材料自燃溫度(低填充時(shí))，提高氧指數(shù)，促進(jìn)炭化效果方面，氫氧化鎂則優(yōu)于氫氧化鋁。鎂鋁水滑石起始分解溫度段既有低溫段又有高溫段，拓寬了阻燃溫度范圍，具有阻燃、消煙、填充三種功能，兼具了氫氧化鋁和氫氧化鎂阻燃劑的優(yōu)點(diǎn)，克服了它們各自的不足，是高效、無毒、低煙的無鹵阻燃劑新品種。
6.在造紙方面的應(yīng)用
氫氧化鎂鋁為一種混合金屬氫氧化物，是最常見的一類水滑石。王松林等利用氯化鎂和氯化鋁混合物與稀堿液的共沉淀反應(yīng)，合成了帶正電荷的氫氧化鎂鋁膠體，并研究了其組成的微粒助留體系對(duì)紙料留著的效果和影響因素。氫氧化鎂鋁膠體可以與陰離子聚丙烯酰胺組成新型的陽離子微粒助留體系，其助留效果顯著，可以通過改變鎂鋁的摩爾比，合成不同電荷和粒度的氫氧化鎂鋁膠體，從而改進(jìn)該體系對(duì)紙料的助留效果，氫氧化鎂鋁的粒度越小，其助留效果越佳。
陽離子微粒氫氧化鎂鋁與陰離子聚丙烯酰胺組成的微粒體系發(fā)揮作用時(shí)，氫氧化鎂鋁膠體以分散的片狀顆粒通過面一面形式吸附于纖維表面，在纖維表面形成許多氫氧化鎂鋁覆蓋點(diǎn)，由于氫氧化鎂鋁本身帶有正電荷，可以改變這些吸附點(diǎn)處的纖維電荷，當(dāng)加入陰離子聚丙烯酰胺后，通過橋連作用便可達(dá)到較好的助留效果。
【主要參考資料】
[1]https://wenku.baidu.com/view/13a7914133687e21af45a9ea.html.
[2]https://wenku.baidu.com/view/2a919692daef5ef7ba0d3c61.html.
[3]https://wenku.baidu.com/view/abe472482e3f5727a5e962d3.html.