中國(guó)粉體網(wǎng)訊  水滑石類(lèi)化合物又稱(chēng)層狀的雙金屬氫氧化物，是一類(lèi)陰離子插層的層狀無(wú)機(jī)功能材料。由于其具有特殊的層狀結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)特性，從而使之具備堿性、層板上的陽(yáng)離子可調(diào)配性、層板之間的陰離子可交換性、結(jié)構(gòu)可恢復(fù)性及選擇性吸附和催化等性能。因而在催化劑、離子交換與吸附、醫(yī)藥等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。

水滑石類(lèi)層狀化合物的結(jié)構(gòu)示意圖和SEM照片

水滑石類(lèi)層狀化合物的制備方法

水滑石類(lèi)層狀化合物的制備方法主要有五種：共沉淀法、離子交換法、水熱合成法、焙燒還原法和誘導(dǎo)水解法。

（1）共沉淀法

共沉淀法是人工合成類(lèi)水滑石的最基本最常用的辦法，通常是在一定的溫度和pH條件下，將用于合成相應(yīng)類(lèi)水滑石的可溶性金屬鹽溶液混合，然后加入適量的沉淀劑使溶液中產(chǎn)生成分均一的膠狀沉淀，將膠狀沉淀經(jīng)過(guò)晶化、洗滌、干燥后即為類(lèi)水石是化合物。

共沉淀法制作類(lèi)水滑石在常溫常壓下就能順利進(jìn)行，用常見(jiàn)的2價(jià)和3價(jià)金屬離子制作類(lèi)水滑石時(shí)幾乎都能夠運(yùn)用共沉淀法制備。所選用的金屬鹽溶液可為硫酸鹽、氯化物等，沉淀劑通常情況下可選用氫氧化鈉溶液、氨水、碳酸鈉等。

（2）離子交換法

離子交換法是利用類(lèi)水滑石層間陰離子可以發(fā)生離子交換作用的性質(zhì)，當(dāng)帶有較大的層間陰離子基團(tuán)的類(lèi)水滑石無(wú)法通過(guò)共沉淀法或其他方法直接合成時(shí)，可先用其他方法合成相應(yīng)金屬組成的類(lèi)水滑石，再通過(guò)離子交換作用將類(lèi)水滑石中原有的陰離子交換為所需的陰離子基團(tuán)�？刂坪秒x子交換過(guò)程時(shí)的制備溫度就可以對(duì)層間陰離子的數(shù)量和組成進(jìn)行重組，同時(shí)原有類(lèi)水滑石的結(jié)構(gòu)還能保持不變。

該方法是制備非Cl^-、CO₃^2-、NO₃^-的具有較大陰離子基團(tuán)柱支撐的類(lèi)水滑石化合物的常用方法。一般情況下不能用交換能力低的陰離子去取代交換能力高的陰離子，在常見(jiàn)的無(wú)機(jī)陰離子中其可被交換的順序?yàn)镹O₃^-≥Cl^-＞SO₄^2-＞CO₃^2-，一般來(lái)說(shuō)陰離子半徑越小交換能力越強(qiáng)。

（3）水熱合成法

水熱合成法是直接將需要合成類(lèi)水滑石的金屬氧化物直接與堿液相混合，并在100~1000℃、1MP~1GPa的條件下使金屬氧化物的原子重排，從而合成所需的類(lèi)水滑石化合物。由于水熱合成法在制備過(guò)程中溫度壓力均為可控條件，因此制得的類(lèi)水滑石晶粒完整、粒徑分布均勻、雜質(zhì)少、燒結(jié)活性好但此方法也具有能耗較高、對(duì)人員和設(shè)備要求較高的缺點(diǎn)。

（4）焙燒還原法

焙燒還原法的基本原理是利用類(lèi)水滑石所特有的“記憶效應(yīng)”使其在一定條件下重新還原。其具體操作是將已有的類(lèi)水滑石通過(guò)熱處理“破壞”其原有的層間陰離子結(jié)構(gòu)，再將其投入到含有所需陰離子的溶液中，類(lèi)水滑石將會(huì)因其“記憶效應(yīng)”重新恢復(fù)為原有的結(jié)構(gòu)并得到新的層間陰離子。該方法可以消除金屬鹽本身的無(wú)機(jī)陰離子對(duì)有機(jī)陰離子的競(jìng)爭(zhēng)，且重新生成的類(lèi)水滑石陰離子插入性好，穩(wěn)定性也較原來(lái)有所增加。但是焙燒溫度不好控制，溫度過(guò)高或者過(guò)低都會(huì)使產(chǎn)物晶型純度降低。

（5）誘導(dǎo)水解法

誘導(dǎo)水解法即在一定的溫度和pH條件下，先制備3價(jià)金屬陽(yáng)離子的氧化物沉淀，然后在保持當(dāng)前pH不變的條件下加入相同pH的2價(jià)金屬離子鹽溶液，使溶液充分混合的同時(shí)滴加堿液以保證pH不變，將反應(yīng)所得的膏狀物洗滌、過(guò)濾、干燥即為類(lèi)水滑是化合物。

（6）溶膠凝膠法

溶膠—凝膠法是無(wú)機(jī)功能材料制備的最廣泛的方法之一，其基本原理是：用金屬無(wú)機(jī)鹽或金屬醇鹽溶解于有機(jī)溶劑中均勻混合，從而進(jìn)行水解、聚合反應(yīng)，且在混合溶液中能夠形成穩(wěn)定的、透明溶膠，再使溶膠轉(zhuǎn)化成凝膠，然后將凝膠烘干、通過(guò)焙燒可以去除有機(jī)成分，即可得到所需要的產(chǎn)物。

該方法的優(yōu)點(diǎn)為：（1）工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，產(chǎn)物組成容易控制，產(chǎn)物粒徑小、均一性好、比表面積大、純度高；（2）合成溫度低，易于摻雜，反應(yīng)條件易控制；（3）產(chǎn)物生產(chǎn)效率高，對(duì)制備設(shè)備的要求較低。因此廣泛應(yīng)用在制備水滑石納米粉體方面。

（7）尿素分解均勻共沉淀法

尿素分解均勻共沉淀法利用尿素在低溫下呈中性，可與金屬粒子形成均一的溶液，而當(dāng)溶液溫度超過(guò)90℃時(shí)，尿素分解使溶液pH值均勻逐步地升高這一特點(diǎn)，用尿素代替混合堿溶液。

該方法的優(yōu)點(diǎn)是溶液內(nèi)部的pH值始終一致，因而可以合成出高結(jié)晶度的Mg-Al、Zn-Al、Ni-Al類(lèi)水滑石，但是難以合成Co-Al、Mn-Al、Co-Cr類(lèi)水滑石。

水滑石類(lèi)層狀化合物的應(yīng)用

醫(yī)藥方面的應(yīng)用

類(lèi)水滑石化合物在用于應(yīng)對(duì)胃酸過(guò)多引起的胃病如：十二指腸潰瘍、胃潰瘍、胃炎等常見(jiàn)疾病方面同樣有著良好的效果。由于類(lèi)水滑石化合物是堿性化合物，因此可以中和胃酸過(guò)多引起的此類(lèi)疾病。通過(guò)中和反應(yīng)調(diào)節(jié)胃液中的胃酸程度，作為抗胃酸藥，藥效顯著且持久，作為新興藥物得到了廣泛的研究。

作為穩(wěn)定劑方面的應(yīng)用

PVC是全球使用最廣泛的材料之一，廣泛應(yīng)用于建筑業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等各個(gè)方面。但PVC研究仍存在些許不足。水滑石類(lèi)層狀化合物能夠作為穩(wěn)定劑，并在PVC方面有著很好的應(yīng)用。水滑石類(lèi)層狀化合物具有堿性且無(wú)毒低煙的特點(diǎn)，能夠吸收PVC中釋放出的HCl，并能有效阻止PVC的進(jìn)一步分解。

催化領(lǐng)域的應(yīng)用

由于水滑石類(lèi)化合物的層板之間具有可調(diào)控性，可以插入多種無(wú)機(jī)或有機(jī)陰離子，且金屬離子均勻分布于層板上，煅燒后得到分散度高的金屬?gòu)?fù)合氧化物，因此可以作為堿催化劑以及氧化還原催化劑，用于烯烴氧化聚合、親和鹵代、烷基化等化學(xué)反應(yīng)。

作為阻燃劑的應(yīng)用

經(jīng)過(guò)表面處理的水滑石類(lèi)層狀化合物，具有阻燃、消煙等功能，水滑石可作為新型的阻燃劑，與單獨(dú)的氫氧化鋁或氫氧化鎂相比，水滑石化合物在低溫和高溫部分都有分解，水滑石在受熱時(shí)能夠脫水吸收熱量，阻止材料溫度的進(jìn)一步升高，起到阻燃的作用，并產(chǎn)生能夠吸附氣體和煙霧的金屬混合氧化物。

作為紫外阻隔和紅外吸收材料的應(yīng)用

水滑石類(lèi)層狀化合物及類(lèi)水滑石化合物具有層間離子可調(diào)控性，因此將對(duì)紫外線(xiàn)有吸收的有機(jī)材料插層到水滑石化合物層間，得到既能吸收又能產(chǎn)生屏蔽的材料，具有更大的應(yīng)用前景。同樣，若將水滑石的層間插入對(duì)紅外有吸收的材料，也能得到更高性能的材料，目前此類(lèi)材料主要應(yīng)用于農(nóng)業(yè)的保護(hù)膜，不僅能提高溫度達(dá)到保溫效果，也能起到防塵和抗靜電等效果，提高了作物的產(chǎn)量。

作為新型殺菌材料的應(yīng)用

由于水滑石類(lèi)層狀化合物及類(lèi)水滑石化合物特殊的化學(xué)性質(zhì)、組成和結(jié)構(gòu)，能夠?qū)Χ喾N細(xì)菌的生長(zhǎng)起到抑制的作用，根據(jù)這一性能，可將水滑石類(lèi)化合物應(yīng)用到建筑的涂料中，能夠避免霉菌的生成，這種殺菌材料的優(yōu)越性在于：具有好的分散性，能夠分散于基質(zhì)當(dāng)中；也具有較好的耐光性能和透光率。

在環(huán)境保護(hù)方面的應(yīng)用

汽油中的硫不僅是 SOX 的來(lái)源，而且還會(huì)影響機(jī)動(dòng)車(chē)催化轉(zhuǎn)換器的低溫活性，導(dǎo)致易揮發(fā)有機(jī)化合物（VOCs）、NOX 和其他有害物質(zhì)的逸出，所以控制汽油中的硫含量十分重要。LDHs 不僅可以有效地去除 SOX、NO 和 NO₂等。

在水處理中的應(yīng)用

由于 LDHs 的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，它的焙燒產(chǎn)物在一定條件下可以重新吸收水和陰離子從而部分恢復(fù)為水滑石類(lèi)層狀化合物的層狀結(jié)構(gòu)，水滑石類(lèi)層狀化合物的這種獨(dú)特結(jié)構(gòu)記憶效應(yīng)，在水處理中具有廣泛的用途。

參考文獻(xiàn)：

李旭.水滑石類(lèi)層狀化合物的制備、微分析及應(yīng)用研究

崔小明.水滑石類(lèi)層狀化合物的生產(chǎn)及應(yīng)用前景