水滑石（Layered Double Hydroxides，LDHs）是一種層狀無機(jī)載體功能材料，層間陰離子具有可交換性，并且數(shù)量和種類可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行策略性的調(diào)整。LDHs的這種組成和結(jié)構(gòu)的可調(diào)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(yīng)用前景的材料之一。
由于LDHs是強(qiáng)親水性的無機(jī)物，且片狀結(jié)構(gòu)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(xiàn)。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，來改善界面性質(zhì)和擴(kuò)展應(yīng)用范圍。
LDHs的改性方法有很多，可以根據(jù)合成材料所要求的特性和應(yīng)用領(lǐng)域選用適當(dāng)?shù)姆椒?。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(fù)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(yīng)至溶液產(chǎn)生沉淀，將沉淀物繼續(xù)陳化一段時(shí)間，再經(jīng)過濾、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單，合成周期較短，條件易于控制，應(yīng)用范圍廣。采用不同陰、陽離子可制備出多種組成和種類的LDHs。
LI等以拜耳活性赤泥為原料，通過共沉淀法合成了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(jié)果表明，LDH-SDS的（003）峰、（006）峰和（009）峰與未改性LDHs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(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)參數(shù)與LDH-SDS基本一致，表明表面改性并沒有改變LDH-SDS的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)。FTIR圖譜的結(jié)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(jié)晶度、完整的結(jié)晶結(jié)構(gòu)和規(guī)則的層狀結(jié)構(gòu)。XRD結(jié)果表明，LDHs的層間距為1.07nm，說明苯甲酸增加了層間距。FTIR的表征進(jìn)一步說明了上述結(jié)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(jié)構(gòu)，獲得層狀結(jié)構(gòu)明顯的LDHs。將混合物置于高壓反應(yīng)釜中，在一定溫度條件下，進(jìn)行不同時(shí)長的靜態(tài)反應(yīng)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(wěn)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。可以根據(jù)所需性能的不同，調(diào)整層間的陰離子數(shù)量和類型。客體陰離子、交換介質(zhì)、pH值和反應(yīng)時(shí)間都對離子交換過程有很大影響。
DWIASI等首先通過共沉淀法制備了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(yīng)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(fù)合改性劑，采用離子交換法成功制備了改性LDHs，改性前后樣品的XRD圖譜基本上保持一致，說明LDHs的晶體結(jié)構(gòu)沒有發(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(fù)原法
焙燒復(fù)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(jī)陰離子分子可以在煅燒過程后被去除。其片層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)崩塌，得到層狀雙金屬氧化物（Layered Double Oxides，LDO）。然后再根據(jù)LDO的記憶效應(yīng)，在水溶液中使其吸收陰離子重構(gòu)成LDHs。焙燒復(fù)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(jī)陰離子的競爭，提高耐酸性，在更寬的pH范圍內(nèi)應(yīng)用。也要考慮焙燒溫度過高可能會(huì)破壞水滑石的層狀結(jié)構(gòu)，此外復(fù)原時(shí)還要注意陰離子介質(zhì)的濃度等問題。
COSANO等在450℃煅燒溫度下將LDHs變成LDOs，再利用其“記憶效應(yīng)”在硝酸鹽水溶液中恢復(fù)到初始結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果表明，起始LDHs的Mg與Al的物質(zhì)的量比對反應(yīng)有重要影響，硝酸鹽的吸附速率隨比例的增大而減小，吸附過程符合Lagerren準(zhǔn)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(cái)?shù)纫陨嚼嫠徕?十二烷基硫酸鈉（SBA/SDS）為復(fù)合插層劑，探討了pH值和復(fù)合插層劑的加入順序?qū)Ρ簾龔?fù)原法柱撐效果的影響。經(jīng)過FTIR和XRD測試表明，LDOs在溫度為70℃，反應(yīng)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(fù)合插層劑SBA/SDS可以消除CO32−的干擾，柱撐至LDHs層間。
資料來源：《任德財(cái),林鵬,史鵬,等.水滑石的改性及在食品包裝領(lǐng)域應(yīng)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(zhuǎn)載請注明出處！
更多精彩！歡迎掃描下方二維碼關(guān)注中國粉體技術(shù)網(wǎng)官方微信（粉體技術(shù)網(wǎng)）
|
