水滑石行业实施方案
——行业发展实施规划
水滑石（Hydrotalcites，HT）是一类具有层状结构的阴离子型粘土,其结构类似于水镁石,化学通式为[M2+1-xM3+x（OH）2]x+（An-）
x/n?mH2O，其中M2+和M3+分别代表层板上占据八面体氢氧化物中心
位置的二价和三价金属离子,An-为层间阴离子。由于水滑石特殊的层
状结构和层板金属种类、金属摩尔比以及层间阴离子的特殊性，使得
水滑石具有多种优异的性质，主要有层板化学组成的可调控性、层间
阴离子的可交换性、酸碱双功能性、记忆效应及热稳定性。
牢固树立创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念，发挥区域
示范引领作用，加快产业领域体制机制创新，促进城市建设发展转型，实现产业发展进一步提升。
为加快区域产业结构调整和优化升级，依据国家和xx省产业发展
规划，结合区域产业xx年发展情况，制定该规划，请结合实际情况认
真贯彻执行。
第一章规划思路
深入贯彻落实科学发展观，加快转变产业发展方式，立足满足国
内需求，以结构调整、新产品开发和应用为重点，培育壮大企业规模，促进产业可持续发展。
第二章发展原则
1、产业联动，协同发展。统筹协调产业与关联产业联动发展，培
育关联生产性服务业，促进产业成链发展，提升产业发展水平，增强
行业发展的整体性和协调性，扩大高端产品服务供给，加快产业和产
品向价值链中高端跃升。
2、因地制宜，科学发展。充分结合各区域经济社会发展水平、资
源条件，分地区、分类型制定科学合理的工作路线，指导推动产业现
代化发展。
3、坚持融合发展。推进业态和模式创新，促进信息技术与产业深
度融合，强化产业与上下游产业跨界互动，加快产业跨越式发展。
4、系统推进，突出重点。在推进产业发展的过程中，充分考虑细
分领域的差异性，按照合理分级、梯度推进，整体强制、部分先行的
原则，从整体上推动产业发展，并注重集中资金和政策，支持行业重
点项目率先突破。
5、坚持创新发展。围绕战略性新型产业，通过技术创新、管理创新和产业创新，加快产业现代化进程，不断提高产品档次，提升企业效益。
第三章背景分析
水滑石（Hydrotalcites，HT）是一类具有层状结构的阴离子型粘土,其结构类似于水镁石,化学通式为[M2+1-xM3+x（OH）2]x+（An-）x/n?mH2O，其中M2+和M3+分别代表层板上占据八面体氢氧化物中心位置的二价和三价金属离子,An-为层间阴离子。由于水滑石特殊的层状结构和层板金属种类、金属摩尔比以及层间阴离子的特殊性，使得水滑石具有多种优异的性质，主要有层板化学组成的可调控性、层间阴离子的可交换性、酸碱双功能性、记忆效应及热稳定性。
近年来，我国水滑石生产线建设进程不断加快，2017年我国水滑石产能达5.92万吨，产量4.5万吨，水滑石产能利用率76.01%。
我国水滑石厂商主要分布在广东省、辽宁省、山东省、江苏省，湖南、湖北、辽宁、青海等地也建有水滑石厂，它们大多数成立于2000年后，随着水滑石市场的扩大，近年来，新建立的水滑石厂也投入运营。
我国水滑石市场景气态势良好，我国水滑石市场规模由2012年的2.37亿元增长至2017年的5.7亿元，预计到2025年全球水滑石市场
规模将达到19.85亿元。
当前，二元镁铝水滑石技术已经相对成熟，市场竞争十分激烈。
由于镁铝水滑石的稳定作用较强，同时价格低廉，所以应用较广泛。
随着水滑石技术的进一步发展，未来水滑石价格将逐渐下降。
水滑石类材料特殊的组成结构包括主板化学组成的多元性、金属
阳离子比例的可调性和层间阴离子种类的丰富性，使其具有特殊的多
样性能，在催化剂、吸附剂、离子交换载体、生物医药、阻燃剂和高
分子聚合物纳米材料等方面得到了广泛的应用。近年来，随着水滑石
纳米片制备技术的不断创新，以及对机理研究的日益深入，在催化、
电极材料、光敏化、复合磁体和生物无机材料等方面具有巨大的潜在
利用前景，已然成为国内外开发研究的热。
水滑石材料因其优良的理化性能及良好的热稳定性和化学稳定性，无毒高效，在PVC热稳定剂方面具有诱人的应用价值，基于水滑石材
料构筑的新型热稳定剂的报道也日益增多。对水滑石材料进行多样化
设计，包括多层、多组分、微型化和阵列化等，满足各种情况下对PVC 材料热稳定性或着色性等性能的不同需求，成为今后水滑石纳米材料
作PVC热稳定剂应用研究的主要发展方向。另外，利用LDHs与其他热
稳定剂之间的协同效应，通过与其他热稳定剂的复合作用，进一步提
高PVC热稳定效果，降低成本。改进LDHs的生产工艺，以提高性能，
取代铅、锡等有毒PVC热稳定剂，降低热稳定剂的成本，推进工业化
生产，并且在环保价值和经济效益上有重要的作用和意义。
第四章区位环境分析
奋力在推进高质量跨越式发展、改革开放走深走实、区域治理现
代化、建设风清气正的政治生态上彰显担当，全面优化营商环境，重
点推进城市建管十大提升行动、产业发展十大提升行动，确保“十三五”规划圆满收官，确保与全国同步全面建成小康社会，加快做大做
强做优大城市都市圈，打造富裕美丽幸福现代化建设，努力描绘好新
时代改革发展新画卷。今年主要预期目标：全力争取地区生产总值增
长xx%左右，财政总收入增长xx%左右，地方一般公共预算收入增长xx%左右，规模以上工业增加值增长xx%左右，固定资产投资增长xx%左右，社会消费品零售总额增长xx%左右，实际利用外资增长xx%左右，城镇、农村居民人均可支配收入分别增长xx%、xx%左右，居民消费价格总水
平涨幅控制在xx%左右，城镇登记失业率控制在xx%以内。
从国内看，经济长期向好的基本面没有改变，发展前景依然广阔，但提质增效、转型升级的要求更加紧迫。经济发展进入新常态，向形
态更高级、分工更优化、结构更合理阶段演化的趋势更加明显。消费
升级加快，市场空间广阔，物质基础雄厚，产业体系完备，资金供给
充裕，人力资本丰富，创新累积效应正在显现，综合优势依然显著。
新型工业化、信息化、城镇化、农业现代化深入发展，新的增长动力
正在孕育形成，新的增长点、增长极、增长带不断成长壮大。全面深
化改革和全面推进依法治国正释放新的动力、激发新的活力。同时，
必须清醒认识到，发展方式粗放，不平衡、不协调、不可持续问题仍
然突出，经济增速换挡、结构调整阵痛、动能转换困难相互交织，面
临稳增长、调结构、防风险、惠民生等多重挑战。有效需求乏力和有
效供给不足并存，结构性矛盾更加凸显，传统比较优势减弱，创新能
力不强，经济下行压力加大，财政收支矛盾更加突出，金融风险隐患
增大。农业基础依然薄弱，部分行业产能过剩严重，商品房库存过高，企业效益下滑，债务水平持续上升。城乡区域发展不平衡，空间开发
粗放低效，资源约束趋紧，生态环境恶化趋势尚未得到根本扭转。基
本公共服务供给仍然不足，收入差距较大，人口老龄化加快，消除贫
困任务艰巨。重大安全事故频发，影响社会稳定因素增多，国民文明
素质和社会文明程度有待提高，法治建设有待加强，维护社会和谐稳定难度加大。
立足区域创新功能定位，以推动科技创新为核心，强化协同创新支撑，完善区域创新体系，吸引区域创新资源，积极推动科技园区、创新基地、技术市场、转化基金、创新联盟共建共享，为建设创新型提供有力支撑。
（一）强化协同创新支撑
协作共建科技创新园区，吸引和利用区域高端创新资源，鼓励各地加强与区域知名产业园区、企业总部、科研院所校的合作，采取一区多园、总部—孵化基地、整体托管、创新链合作等模式，合作共建产业园区和科技成果孵化基地。
联合打造区域创新联盟，围绕全省产业发展需求，鼓励我省优势企业联合区域企业、行业协会、高等院校、科研院所等，共同组建若干产业技术创新战略联盟。推动建立区域知识产权保护合作联盟，共建区域知识产权保护协作网、专利信息平台和知识产权专家库，交叉许可和共享知识产权。
协同突破关键共性技术，围绕产业升级、污染防治、节能减排、水资源等领域，与区域开展关键共性技术协同攻关和应用研究，共同
承担国家重大科研项目，共建科技研发中心，形成一批具有国际国内领先水平的标志性成果。
（二）完善区域创新体系
培育技术创新主体，依托我省高新技术产业开发区，积极引进区域科技企业和研发机构，设立成果转化企业和分支机构；加强与区域企业总部和研发机构合作，组建集研发与产业化为一体、企业化运作的科技创新平台。
完善科技成果转化服务体系，按照“共建共享、互联互通”的原则，推进区域技术市场一体化建设，加快构建“线上线下结合、标准统一、服务规范”的技术交易市场网络，培育壮大技术经纪人队伍，为科技成果转化提供集成服务。
（三）用足用好区域创新资源
推进创新平台合作，围绕我省科技创新与产业发展需求，采取企业主导、院校协作、多元投资等模式，与区域联合建立一批高水平重点实验室、工程技术研究中心、企业技术中心、科技企业孵化器和检验检测机构。加强与北京交通大学合作。
引进用好区域人才智力，加强区域专业技术人才制度衔接，搭建专业技术人才信息共享平台，健全跨区域人才流动机制，实施科技英
才“双百双千”推进工程，开展区域创业导师行行动计划，支持区域
高校在我省建立高技能人才实训基地，吸引区域高端人才和团队到创
新创业。
第五章目标
到xx年，区域产业总产值达到xx亿元以上，累计完成投资xx亿
元以上。xx年，产业预计新开工xx个重点项目，项目总投资xx亿元，其中：银行贷款xx亿元，企业自筹xx亿元，预计当年完成投资xx亿元。
第六章主要发展任务
(一)加强组织协调
完善多部门联动机制，研究制定促进产业行业去产能、供给侧改革、转型升级、等一系列政策措施，研究行业发展过程中存在的重点
难点问题，及时提出解决办法，制定具体推进方案。
(二)加强政策引导和促进作用，推动行业健康发展
根据行业发展的需要，在相关领域制定产业政策，加强引导作用，促进整个产业的结构调整和升级。加强组织领导，建立相关部门参加
的协调机制，加强政策衔接，强化部门联动，推动产业的发展。
(三)实施产业集聚发展工程
依托优势企业，整合要素资源，支持区域以产业为特色的产业基
地建设。产业基地要根据产业发展基础和资源禀赋，实行“差别竞争、错位发展”，完善产业链条，促进产业集聚。
(四)培育做强龙头企业，提升产业竞争力
鼓励优势产业积极参与国际竞争，不断开拓国际市场。引导有条
件的企业，适度进行境外投资，逐步建立境外基地，提高企业的国际
竞争力。推动以市场为基础、以资本为纽带、以产业联盟为载体的各
种形式的重组联合并购，加快技术、人才等要素资源向优势企业集中，扶持市场竞争力强、有影响力的企业向规模化、集团化发展，努力打
造大企业集团，提高产业集中度和行业整体竞争力。
(五)提高企业自主创新能力
以骨干企业为重点，在规划期内培育若干家创新示范企业。鼓励
和支持企业开展产学研合作，积极研发新产品、新技术，提高原始创
新能力、集成创新能力和引进消化吸收再创新能力，培育一批具有自
主知识产权、自主品牌和持续创新能力的创新型企业。
第七章实施保障
(一)加强招商引资和重点项目建设
目录 第1章绪论 (1) 1.1引言 (1) 1.2水滑石类层状化合物的结构及性质 (1) 1.3水滑石类层状化合物的制备方法 (3) 1.4水滑石类层状化合物的研究进展及应用 (5) 1.5存在的问题及展望 (9) 1.6本文的研究内容、意义及创新点 (10) 1.6.1主要研究内容 (10) 1.6.2创新点 (10) 第2章镁铝水滑石的制备及微分析研究 (11) 2.1引言 (11) 2.2实验部分 (11) 2.2.1试剂与仪器 (11) 2.2.2样品的制备 (11) 2.3结果与讨论 (12) 2.3.1不同的pH值对产物物相及微结构的影响 (12) 2.3.2水热温度的变化对产物物相及微结构的影响 (14) 2.3.3反应时间的变化对产物物相及微结构的影响 (16) 2.3.4前驱物的变化对产物物相及微结构的影响 (18) 2.3本章结论 (22) 第3章类水滑石的制备及微分析研究 (23) 3.1引言 (23) 3.2实验部分 (23) 3.2.1试剂与仪器 (23) 3.2.2样品的制备 (23)
3.3结果与讨论 (24) 3.3.1钴镁铝三元类水滑石的合成及微分析研究 (24) 3.3.2铜镁铝三元类水滑石的合成及微分析研究 (27) 3.4本章结论 (30) 第4章水滑石类层状化合物的吸附性能及机理研究 (31) 4.1引言 (31) 4.2实验部分 (31) 4.2.1试剂与仪器 (31) 4.2.2样品的吸附 (32) 4.3结果与讨论 (32) 4.3.1镁铝水滑石的TG-DTG分析 (32) 4.3.2焙烧前后镁铝水滑石的比表面积及孔径分析 (33) 4.3.3吸附前后水滑石类层状化合物的微分析 (34) 4.3.4吸附条件对染料脱色率的影响 (37) 4.3.5吸附动力学分析 (40) 4.3.6吸附等温线及吸附机理 (42) 4.4本章结论 (44) 第5章负载型水滑石复合光催化剂的制备、微结构及应用 (45) 5.1引言 (45) 5.2实验部分 (45) 5.2.1试剂与仪器 (45) 5.2.2镁铝水滑石表面处理 (46) 5.2.3负载型复合光催化剂的制备 (46) 5.2.4光催化剂性能的测定 (46) 5.3结果与讨论 (47) 5.3.1负载型复合光催化剂的物相及微结构分析 (47) 5.3.2pH值的变化对脱色率的影响 (49) 5.3.3时间对脱色率的影响 (50)
本科毕业设计（论文）开题报告 题目：镁铝复合氧化物的制备与表征 学生姓名： 院（系）：化学化工学院 专业班级：应用化学 指导教师： 完成时间：
1.课题研究的意义 随着世界大工业发展带来的能源短缺、环境污染等问题的加剧和人们环保意识的不断加强，发展环保、绿色的催化新工艺成为了一个研究的热门方向。实验证实复合金属氧化物具有独特的结构、电磁性质和较高的氧化、还原催化活性，在新催化剂材料开发方面已得到高度重视，特别是在有机合成方面所表现出来的绿色环保性能，让世界各国的学者对其青睐有加。 层状双金属氢氧化物（Layered Double Hydroxide,LDH）是水滑石（Hydrotalcite,HT）和类水滑石化合物（Hydrotalcite-Like Compounds,HTLCs）的统称，由这些化合物插层组装的一系列超分子材料称为水滑石类插层材料（LDHs）。LDHs 的层板由镁八面体和铝氧八面体组成。所以，具有较强的碱性。不同的LDHs的碱性强弱与组成中二价金属氢氧化物的碱性强弱基本一致，但由于它一般具有很小的比表面积(约5—20 m2/g)，表观碱性较小，其较强的碱性往往在其煅烧产物LDO中表现出来。LDO一般具有较高的比表面积(约200—300m2/g)、三种强度不同的碱中心和不同的酸中心，其结构中间中心充分暴露，使其具有比LDH更强的碱性。 将催化活性物种插入水滑石层间，以水滑石为前体，通过焙烧可制备高分散复合金属氧化物型催化剂，一般具有过渡金属含量高活性位分布均匀晶粒小比表面积大可以抑制烧结良好的稳定性等特点，从而表现出优异的催化性能，在催化剂或催化剂载体等领域得到了广泛应用。 2.国内外的研究历史及现状 2.1 国内外研究历史 LDHs的发展已经历了一百多年的历史，但直到二十世纪六十年代才引起物理学家和化学家的极大兴趣。1842年，Hochstetter首先在片岩矿层中发现了天然水滑石矿物。后来又相继在挪威的Sunarum地区以及俄罗斯的Ural地区发现了少量的天然水滑石矿。 在二十世纪初，人们发现了LDHs对氢加成反应具有催化作用，并由此开始了对LDHs结构的研究。 1942年，Feitknecht等首次通过金属盐溶液与碱金属氢氧化物反应人工合成出了LDH，并提出了双层结构模型的设想。 1966年，Kyowa公司首先将LDH的合成工业化。 1969年，Allmann等通过测定LDH单晶结构，首次确认了LDHs的层状结构。 七八十年代时，Miyata等对其结构进行了详细研究，并对其作为新型催化材料的应用进行了探索性的工作。在此阶段，Taylor和Rouxhet还对LDHs热分解产物的催化性质进行了研究，发现它是一种性能良好的催化剂和催化剂载体。Reichle等研究了LDH 及其焙烧产物在有机催化反应中的应用，指出它在碱催化、氧化还原催化过程中有重
1.1 水滑石类层状化合物概述 层状化合物因其在化学和结构上表现出的特殊性质，在吸附、离子交换和催化等方面具有巨大的应用潜力，己成为国内外研究的热点。研究较多的层状化合物按层间离子种类可分为三类： (1) 阳离子型：如天然蒙脱土、绿土和人工合成的四价金属不溶盐类，如Ti、Zr、Hf 的砷酸盐。 (2) 阴离子型：主要是水滑石类层状材料。 (3) 非离子型：云母、石墨等。 层状化合物的主要性质表现在以下几个方面： (1) 主体层状化合物已有的酸碱催化特性可通过柱撑剂加以改进； (2) 柱撑剂可改变其层间距、孔径和比表面积，充分发挥其择型功能； (3) 可将一些催化活性物种作为柱撑剂引入主体层间； (4) 插入适当柱撑剂，可使层状化合物发展成双功能或多功能催化剂； (5) 通过改性或插入适当柱撑剂，可使层状化合物具有阻燃、耐热、红外吸收、紫外阻隔及杀菌防霉等性能。 水滑石类层状化合物是一类近年来发展迅速的阴离子型粘土，自然界含量很少，是一类由带正电荷的水镁石层结构和层间填充带负电荷的阴离子所构成的层柱状化合物，具有广阔应用范围。它具有与蒙脱土类阳离子粘土类似的层状结构，不同的是骨架为阳离子，层间为阴离子，显碱性，层间距可通过填充离子半径不同的阴离子来调变。由于它们的主体成分一般是由两种金属的氢氧化物构成，因此又称其为层状双金属氢氧化物(Layered Double Hydroxides，简称LDHs)。 比较常见的Mg/Al 组分的LDHs，称为水滑石(Hydrotalcite，简称HT)；其它组分的LDHs 也可称为类水滑石(Hydrotalcite like compound，简称HTlc)；它们的层插化学产物称为柱撑水滑石(Pillared Hydrotalcite)。水滑石、类水滑石和柱撑水滑石统称为水滑石类材料。可以通过调变金属离子和阴离子种类、大小等，改变水滑石类层状化合物的化学和物理性质，从而制得不同性能的材料。 水滑石于1842年在瑞典首次被发现，它是一种碳酸型镁铝双氢氧化物，在自然状态下以叶状和旋转板状或纤维团状形式存在。在发现水滑石的同时，另一种由镁铁组成的碳酸型双氢氧化物也被发现，这种物质和其它含有不同物质组成的矿物质一样与水滑石具有基本相同的结构和相似的特征。 佛罗伦萨大学的矿物学教授E.Manasse首先提出水滑石及其它同类型矿物质的化学式，他提出水滑石的精确简式Mg6A12(OH)16CO3·4H2O，并且认为碳酸根离子是必不可少的。这种观点在那时比较流行，并且持续了很多年。直到1941年，弗罗德的一篇题为“Constitution
水滑石类阴离子型层状材料在催化中的应用 摘要：水滑石类阴离子型层状材料，又称层状双金属氢氧化物(layered double hydroxides，简写为LDHs)，是由层间阴离子与带正电荷层板有序组装而形成的化合物，近些年来在催化领域得到了广泛的关注。本文综述了有关LDHs 材料的结构、性质及其在多相催化领域应用的最新进展。 关键词：水滑石类阴离子型层状材料；结构；性质；催化 1 引言 阴离子型层状材料以水滑石类化合物为主(Layered Double Hydroxides, LDHs)。水滑石类化合物包括水滑石(Hydrotalcite)和类水滑石(Hydrotalcite-like compound )，其主体一般由两种金属的氢氧化物构成，因此又称为层状双经基复合金属氢氧化物(Layered Double Hydroxide，简写为LDH)。LDH的插层化合物称为插层水滑石。水滑石、类水滑石和插层水滑石统称为水滑石类插层材料(LDHs)。 LDHs是由带正电荷主体层板与层间阴离子客体有序组装而形成的化合物。LDHs的主体层板金属、主体层板电荷密度及其分布、层间客体种类及数量、层内空间尺寸、主客体相互作用等均具有可调变性。这些结构特点使其在诸多领域展示了广阔的应用前景，例如作为新型吸波材料、催化材料、吸附材料等。本文重点综述近年来发展的LDHs层状和插层结构材料的组装方法以及LDHs材料在多相催化领域中应用的最新进展。 2 LDHs的基本结构[1] LDHs是由层间阴离子与带正电荷层板有序组装而形成的化合物，其结构类似于水镁石Mg(OH)2，由MO6八面体共用棱边而形成主体层板。LDHs的化学组成具有如下通式：[M(II)1-x M(III)x(OH)2]x+ (A n-) x/n.mH2O，其中M(II)和M(III)分别是二价和三价金属阳离子，位于主体层板上；A n-为层间阴离子；x为M3+/(M2++M3+)摩尔比值；m为层间水分子的个数。这种材料是由相互平行的层板组成，位于层板上的二价金属阳离子M2+可以在一定的比例范围内被离子半径相近的三价金属
一. 葡萄糖插层材料 参考文献：雷志轶. 新型高比表面固体碱催化剂制备、结构及其性能研究[D]. 北京化工大学, 2009. 部分工作：以成核晶化隔离法合成MgAl-LDHs，然后将MgAl-LDHs前驱体加入到一定浓度的葡萄糖溶液中进行交换，制备出了葡萄糖插层的具有高比表面的MgAl-LDHs材料。考察了含碳量，镁铝比，焙烧温度对MgAl-LDHs焙烧产物的结构及其性能的影响。采用苯酚吸附法表征焙烧产物的总碱量，并测试了其催化苯甲醛和氰基乙酸乙酯的Knoevenagel反应的催化性能。 机理：“在LDHs晶化过程中引入糖类分子作为碳源，使LDHs的晶化与糖分子碳化同时发生组装形成整体均一，组成和结构可调变的LDHs/C型杂化复合前体。” 碳化——生物质在缺氧或贫氧条件下，以制备相应的炭材为目的的一种热解技 术．其过程与生物质，木纤维，木质素的分解同步。脱水碳化指的是将有机物去 掉其他元素留下碳（维基百科）。 葡萄糖的熔点： α-D-glucose: 146℃ β-D-glucose: 150℃ 附表： 表1 镁铝比为3，不同含碳量的插层水滑石焙烧产物的比表面和孔径分布参数
表2 500℃焙烧产物碱性参数 表2总结：可以看到随着葡萄糖的插入量增加，碱性位数量和比表面积不断增加，由于比表面增加的幅度大于碱量增加的幅度，碱性位密度则逐渐降低。到n C/n金属离子＝2.5时，碱量、比表面积分别由不掺葡萄糖时的230 umol phenol/g和61.24 m2/g增加到450 umol phenlo/g 和282.44 m2/g，碱性位密度由原来的3.76 umol phenol/m2降至1.59 umol phenol/m2。 表3不同焙烧温度下得到样品的比表面积和孔径分布参数 二.十二烷基硫酸钠插层材料 例1 参考文献：陶奇，何宏平等. 一种层间距可控型有机硅烷嫁接水滑石的原位共沉淀合成方法[P]. CN，102616750(2012). 主要工作：利用表面活性剂的插层作用对水滑石层间高度进行调节，在水滑石晶体形成时利用有机硅烷水解产生的Si—OH与黏土矿物表面羟基原位缩合改善矿物表面的亲和性。采用原位共沉淀法合成了有机硅烷嫁接的Mg-Al，Zn-Al，Cu-Al，Ca-Fe，Ni-Cr，Ca-Al水滑石。 实验主要材料：硝酸镁，硝酸铝，十二烷基硫酸钠，γ-氨丙基三乙氧基硅烷，乙醇 合成方法： 例：19.2 g硝酸镁和9.4 g硝酸铝溶于90ml去离子水（溶液A）； 8 gNaOH和1.4 g十二烷基硫酸钠溶于50ml 去离子水（溶液B）；
水滑石的合成及应用研究
水滑石的合成及应用研究 （北京化工大学应用化学） 前言；介绍了水滑石类化合物的结构和性质，综述了水滑石类化合物的制备方 法及其在催化材料、红外吸收材料、萦外阻隔材料、胆燃抑烟材料、热德定剂、生物医药材料、分离与吸附材料等方面的应用研究进展，并指出了当前水滑石 类化合物制备与应用研究中存在的问题. 关键词；水滑石类化合物层状双金属氢氧化物合成与制备应用 Research and Application Progress of Hydrotalcite-like Compounds Abstract; Water talc is a kind of layered double hydroxyl compound metal oxides is the HT and HTLCs Because of its special crystal chemical properties, it has good thermal stability, adsorption and ion exchange sex, widely used in chemical,material, environmental protection and medicine, etc. There is introduces the structure and properties of hyrotalcite-like compounds, then reviews the research and application progress in its preparation and application as catalytic materials, infrared absorption materials, ultraviolet blocking materials, flame retardant and smoke suppressant materials, heat stabilizer, biomedical materials, separation and adsorption materials in recent years. The problems related to the preparation and application of hydrotalcite-like compounds are also discussed Key words ： hydrotalcite-like compound, layered double hydroxides, preparation, application 水滑石（Layered Double Hydroxides 简称LDHs），其化学组成[M2+1- xM3+x （OH）2]x+（Ax/nn-）. mH2O（M2+，M3+分别代表二价和三价金属阳离子，下标x 指金属元素的含量变化，An- 代表阴离子），是一类典型的阴离子层状材料，其主体一般是由两种或两种以上金属的氢氧化物构成类水镁石层， 层板内离子间以共价键连接，层间阴离子以弱化学键与层板相连，起着平衡骨 架电荷的作用[1]. 水滑石类化合物为阴离子型层状化合物，层间具有可交换 的阴离子，主要由水滑石(Hydrotalcite, HT)、类水滑石（Hydrotalcite- like compound, HTLC)和它们的插层化学产物—插层水滑石构成。由于水滑石 类层状化合物层板由两种不同价态的金属氢氧化物组成，所以又称层状双金属 化合物。1842年Hochstetter首先从片岩矿层中发现了天然水滑石矿；二十世纪初人们由于发现了LDH对氢加成反应具有催化作用而开始对其结构进行研究；1969年Allmann等人通过测定LDH单晶结构，首次确认了LDH的层状结构；二十世纪九十年代以后，随着现代分析技术和测试手段的广泛应用，人们对LDHs 结构和性能的研究不断深化[2] 一水滑石类化合物的结构特征
水滑石的制备及应用研究 摘要：水滑石及类水滑石化合物具有特殊的层状结构及物理化学性质，具有孔径可调变的择形吸附的催化性能，在吸附、催化领域中占有重要位置。综述了水滑石的结构、合成方法和应用。 自然界存在的水滑石是镁、铝的羟基碳酸化物，后来人们合成了各种类型的类水滑石化合物(hydrotalcite-like compounds，简称HTLcs)，是水滑石中的Mg2+，Al3+，被其他同价离子同晶取代后的化合物，它在结构上与水滑石相同。由于HTLcs具有离子交换性，又具有孔径可调变的择形吸附的催化性能，近年来越来越受人们重视。 近年来，对于层状双金属氢氧化物(Layerdouble hydroxides简称LDHs)的研究已成为材料科学领域的热点，水滑石及类水滑石化合物因具有特殊的层状结构及物理化学性质，在吸附、催化领域中占有重要位置，对它研究也越来越多。 1 结构 水滑石分子组成是Mg6Al2(OH)16CO3·4H2O，它是一种阴离子型层状化合物。水滑石中的Mg2+、A13+被M2+、M3+同晶取代得到结构相似的一类化合物，称为类水滑石，分子通式：M2+1-XM3+X(OH)2(An-)X/n·yH2O，其中M2+=Mg2+、Ni2+、Co2+、Zn2+、Cu2+等；M3+=Al3+、Cr3+、Fe3+、Sc3+等；An-为在碱性溶液中可稳定存在的阴离子，如：C032—、NO3—、Cl—、 OH—、S042—等；x=0.2～0.33，y=0～6。不同的M2+和M3+，不同的填隙阴离子A—，便可形成不同的类水滑石。其结构非常类似于水镁石Mg(OH)2，由MgO6八面体共用棱形成单元层，位于层上Mg2+、Al3+、OH—层带有正电荷。层间有的Mg2+可在一定范围内被A13+同晶取代，使交换的阴离子CO32-与层板上的正电荷平衡，使得这一结构呈电中性。此外，在氢氧化物层中同时存在着一些水分子，这些水分子可以在不破坏层状结构的条件下去除。下图描述了水滑石的典型结构。 水滑石之所以能在催化领域被广泛应用，是因其特殊的结构赋予其许多特性： (1)特殊的层状结构。晶体场严重不对称，阳离子在层板上的晶格中，阴离子不在晶格中，而在晶格外的层间。 (2)碱性。HTLcs的碱性与层板上阳离子M的性质、MO键的性质都有关系。 (3)酸性。HTLcs的酸性不仅与层板上金属离子的酸性有关，而且还与层间阴离子有关。 (4)稳定性。HTLcs经焙烧所得的复合金属氧化物仍是一类重要的催化剂和载体。以水滑石为例，其热分解过程包括脱结晶水、层板羟基缩水并脱除 CO2和新相生成等步骤。在低于220℃时，仅失去结晶水，而其层状结构没有被破坏；当加热到250～450℃时，层板羟基缩水并脱除CO2；在450—550℃区间，可形成比较稳定的双金属氧化物，组成是Mg3A1O4(OH)，简写为LDO。LDO在一定的湿度(或水)和CO2(或碳酸盐)条件下，可以，恢复形成LDH，即所谓的“记忆功能”。LDO一般具有较高的比表面积(约200～300m2／g)、三
收稿日期：2009-05-25。收修改稿日期：2009-09-08。浙江省自然科学基金(No.Y406069)资助项目。 ＊ 通讯联系人。E -mail ：jchx@https://www.doczj.com/doc/9710401456.html, ，Tel:+86571-88320373第一作者：王巧巧，女，26岁，硕士研究生；研究方向：无机功能材料。 镁铝二元水滑石的焙烧产物对染料废水酸性红88的吸附 王巧巧 倪哲明＊ 张 峰 毛江洪 姚 萍 刘晓明 (浙江工业大学化学工程与材料学院，杭州 310032) 摘要：研究了镁铝水滑石的焙烧产物(LDO)对阴离子染料废水酸性红88(AR88)的吸附特征。分别考察了染料的初始浓度、吸附剂投加量、初始pH 值、反应温度和竞争离子等因素的影响，并用XRD 、红外光谱对水滑石以及吸附前后的LDO 进行了表征。实验结果表明：LDO 对高浓度的AR88具有良好的去除效果，在15℃、pH=10~11下，1.0g ·L -1的LDO 对浓度为2000mg ·L -1的AR88的去除率可高达99.95%，吸附容量为1999.0mg ·g -1。经4次回收重复利用的LDO 对AR88的去除率仍为90%以上。关键词：镁铝水滑石；吸附；酸性红88；再生中图分类号：O614.22；O614.3+1 文献标识码：A 文章编号：1001-4861(2009)12-2156-07 Adsorption of Acid Red 88from Aqueous Solution by Calcined Layered Double Hydroxides WANG Qiao -Qiao NI Zhe -Ming ＊ZHANG Feng MAO Jiang -Hong YAO Ping LIU Xiao -Ming (College of Chemical Engineering and Materials Science,Zhejiang University of Technology,Hangzhou 310032) Abstract:The removal of acid red 88(AR88),an anionic dye,from aqueous solution by calcined Mg/Al LDHs(LDO)was investigated.The effect on the decolorization rate of AR88was studied of initial dye concentration,amount of adsorbent,initial pH values,temperature and competitive anions.The solid LDO,both fresh and after removal of AR88,was characterized by XRD and infrared spectroscopy.The results of adsorption indicate that LDO could be used to remove high concentration anionic dyes and the maximum capacity of AR88at equilibrium (Q e )and percentage of adsorption(η/%)with a fixed adsorbent dose of 1.0g ·L -1are found to be 1999.0mg ·g -1and 99.95%,respectively,when AR88concentration,temperature,pH value are 2000mg ·L -1,288K,and 10~11,respectively.The removal rate of AR88is above 90%for LDO after four cycles indicating the feasibility of LDO regeneration. Key words:Mg/Al layered double hydroxides;adsorption;acid red88;regeneration 染料废水由于其污染物浓度高、成分复杂、可生化性差[1]而难以用常规方法处理。酸性红系染料废水中含偶氮键、芳香环的复杂有机化合物，具有耐日晒、稳定性强、抗氧化性好等特点，且在厌氧条件下酸性红的氮链降解产生芳香胺类化合物，这类物质具有毒性和致癌性[2]，给环境和人类健康带来很大危害，因此对染料废水进行有效的处理成为重要的课题。 目前处理染料废水可用传统的絮凝沉淀法[3]、光化学氧化法[4]、化学氧化、还原降解法[5]、生物法[6]等。但这些方法常有反应速度慢，运行和回收成本高等共同缺陷[7]。而吸附法[8,9]是一种有效去除染料的方法，无机吸附材料有活性炭、沸石类矿物等，但这两者的吸附性能普遍不是很高，又存在重复使用率低等弱点，而且活性炭成本昂贵[10]，因此寻找一种对阴离子污染物具有高效的吸附性能且价格低廉的吸附 第25卷第12期2009年12月 Vol ．25No ．122156~2162 无机化学学报 CHINESE JOURNAL OF INORGANIC CHEMISTRY
1.1 水滑石概述 水滑石类层状化合物是一类近年来发展迅速的阴离子型粘土，自然界含量很少，是一类由带正电荷的水镁石层结构和层间填充带负电荷的阴离子所构成的层柱状化合物，具有广阔应用范围。它具有与蒙脱土类阳离子粘土类似的层状结构，不同的是骨架为阳离子，层间为阴离子，显碱性，层间距可通过填充离子半径不同的阴离子来调变。由于它们的主体成分一般是由两种金属的氢氧化物构成，因此又称其为层状双金属氢氧化物(Layered Double Hydroxides，简称LDHs)。 比较常见的Mg/Al 组分的LDHs，称为水滑石(Hydrotalcite，简称HT)；其它组分的LDHs 也可称为类水滑石(Hydrotalcite like compound，简称HTlc)；它们的层插化学产物称为柱撑水滑石(Pillared Hydrotalcite)。水滑石、类水滑石和柱撑水滑石统称为水滑石类材料。可以通过调变金属离子和阴离子种类、大小等，改变水滑石类层状化合物的化学和物理性质，从而制得不同性能的材料。 水滑石于1842年在瑞典首次被发现，它是一种碳酸型镁铝双氢氧化物，在自然状态下以叶状和旋转板状或纤维团状形式存在。在发现水滑石的同时，另一种由镁铁组成的碳酸型双氢氧化物也被发现，这种物质和其它含有不同物质组成的矿物质一样与水滑石具有基本相同的结构和相似的特征。 佛罗伦萨大学的矿物学教授E.Manasse首先提出水滑石及其它同类型矿物质的化学式，他提出水滑石的精确简式Mg6A12(OH)16CO3·4H2O，并且认为碳酸根离子是必不可少的。这种观点在那时比较流行，并且持续了很多年。直到1941年，弗罗德的一篇题为“Constitution and polymorphism of the Pyroarite and Sjogrenite Groups”的发表，这些矿物质的组成及它们之间的关系才真正被认清。1970年，当第一个关于水滑石类化合物作为加氢催化剂的最佳引体的专利产生时，人们开始兴起对水滑石类化合物的研究。 1.2 基本结构 典型的水滑石类化合物是水滑石，其分子式为Mg6A12(OH)16CO3·4H2O，其主体层板结构非常类似于水镁石Mg(OH)2，结构中心为Mg2+，六个顶点为OH-，由相邻的MgO6八面体共用棱形成单元层(层板厚度约0.47nm)，层与层间对顶地叠在一起，层间通过氢键缔合。位于层上的Mg2+可在一定范围内被半径相似的Al3+同晶取代，使得主体层板带永久正电荷；中层间具有可交换的阴离子CO32-，它所带的负电荷与层上正电荷平衡，使得这一结构呈电中性。此外在层间其余空间，存在一些结晶水，这些水分子可以在不破坏层状结构的条件下去除。 LDHs中的Mg2+、A13+被其它M2+、M3+同晶取代得到结构相似的水滑石类化合物，它
水滑石的组成及结构特征 水滑石类阴离子黏土是一种重要的层柱状新型无机材料, 主要包括水滑石( Hydrotalcite, 简称HT) 及类水滑石( Hydrotalcite- like compounds,简称HTlc) 。由于独特的结构特性、组成及孔结构的可调变性以及优良的催化性能, 使其在催化、工业、医药等方面展示了广阔的应用前景, 已引起广泛关注。 典型的水滑石Mg6Al2( OH) 16CO3·4H2O是一种天然存在的矿物。水滑石与水镁石(Mg( OH)2,Brucite) 的结构类似, 水镁石由Mg( OH) 2八面体相互共边形成层状化合物, 层与层之间对顶地叠在一起, 层间通过氢键缔合。当水镁石层状结构中的Mg2+部分被半径相似的阳离子( 如Al3+、Fe3+、Cr3+) 取代时, 会导致层上正电荷的积累, 这些正电荷被位于层间的负离子( 如CO32-) 平衡, 在层间的其余空间, 水以结晶水的形式存在，形成图1所示的层柱状结构。当Mg2+和Al3+被半径相似的二价或三价阳离子同晶取代, 或CO32-被其他阴离子取代, 即形成所谓HTlc。类水滑石具有和水滑石相同的结构, 差别在于层上阳离子和层间阴离子的种类和数量, 二者统称为水滑石。 由水滑石的结构可知, HTlc 的主要特征由Brucite层的性质、水及
阴离子的位置和类型以及层的堆积形式决定。位于层间的水、阴离子可以断旧键而形成新键, 使其在层间自由移动。水和CO32-中的氧原子尽可能地通过层上OH-靠近或分散于对称轴(相距约0. 5×10- 10m) , 层上羟基与CO32-通过氢键相互联接。 HTlc可用通式[ M( II) 1- x M( III) x ( OH) 2] x+ [A x/ n n-]·mH2O来表示, 其中M2+和M3+分别代表层上二价和三价阳离子, A n-为层间阴离子, x=M3+/ ( M2++M3+) 。上述组成反映了HTlc结构中所含元素的种类及含量范围, 表明合成各种不同组成的不同化学计量比的化合物的可能性。M2+和M3+的性质和x、n、m的意义如下: ( 1) 一般而言, 可容许进入水滑石层的M2+和M3+要有与Mg2+相近的离子半径。常见的二价金属离子有: Mg、Zn、Ni、Cu、Co、Mn、Fe; 三价金属离子有: Al、Fe、Cr。这些二价和三价离子的有效组合, 可形成二、三元甚至四元的HTlc。 ( 2) x 值的大小影响产物的组成和结构。过高的x 值导致八面体位上Al3+增加而形成Al( OH)3; 同样，低的x 值使Mg( OH) 2析出, 只有在0. 2 类水滑石材料制备及其应用 目录 目录 (1) 1 水滑石的结构及性质 (2) 2 水滑石的制备方法[2] (3) 2.1水热法 (3) 2.2沉淀法 (3) 2.3诱导水解法 (3) 2.4热处理的重新水合法 (4) 2.5离子交换法 (4) 2.6焙烧还原法 (4) 2.7溶胶-凝胶法 (4) 3 水滑石的研究进展及其应用 (5) 3.1HTLc的制备、结构解析及合成机理方面 (5) 3.2LDHs 及HTLc 的吸附性能及吸附机理的研究 (5) 3.3利用LDHs 及HTLc 制备功能复合材料方面 (5) 3.4LDHs 及HTLc 在催化研究领域方面 (6) 3.5LDHs 及HTLc 的片层剥离研究方面 (6) 3.6LDHs 及HTLc 的生物制剂研究方面 (7) 3.7LDHs 及HTLc 的紫外阻隔研究方面 (7) 4 水滑石研究存在的问题 (7) 参考文献 (9) 1 水滑石的结构及性质 水滑石类化合物又称层状的双金属氢氧化物(Layered Double Hydrotalcides, 简称LDHs或HTLc)，天然存在的水滑石只有镁铝水滑石，其他均为类水滑石，是一类阴离子插层的层状无机功能材料。层状双金属氢氧化物(LDHs)具有二维层板状结构。水滑石类化合物的化学组成通式为[M2+(1-x)M3+x(OH)2]x-[A n-]x/n?2H2O，其中M2+为二价金属阳离子(如Mg2+, Zn2+,Cu2+, Ni2+等), M3+为三价金属阳离子(如Al3+, Fe3+, Cr3+,Ga3+等)，且占据了水镁石（Mg(OH)2）层板的八面体孔，其中，x=M3+/(M2++M3+)，A n-为层间的阴离子或阴离子基团。层间组成：阴离子；保证了LDHs 的电荷守恒。由于LDHs 层板阳离子排列的均匀有序性，通过煅烧后的LDHs 经过还原，可以得到高分散的负载型金属催化剂[1]。 水滑石类化合物的特殊结构使其具有特殊的性能： 1)层板化学组成的可调控性：层状化合物的片层能够应用于纳米复合材料或者成为无机或有机纳米材料的构件，可以通过重新排列或组装，形成新的纳米复合材料、多分子纳米膜等结构。 2)层间离子种类及数量的可调控性：层间阴离子CO32-可被NO3-和Cl-等简单的无机阴离子取代，也可被体积较大的同多和杂多金属含氧酸盐取代，还可以被不同体积的有机阴离子替代。 3)晶粒尺寸及其分布的可调控性：其结构为六边形的层状结构，金属离子位于层板上，层板的厚度与层间插入的阴离子大小有关。 4）记忆效应：在某一特定的温度下，将合成的镁铝水滑石焙烧一定时间，使镁铝水滑石层间和板层上的—OH或结晶水蒸发、层间的CO32-分解为CO2，形成稳定的具有较高比表面积的双金属复合氧化物，并将此时焙烧的产物投入到含有预期阴离子的溶液或蒸汽中，利用“记忆效应”，新的阴离子会插入到板层之间，水滑石的结构得到重组，形成含有新的阴离子的插层柱撑水滑石。 5）热稳定性：水滑石具有特殊的结构和组成，受热分解时易吸收大量热，可降低材料表面的温度，使塑料的热分解能力和燃烧率大大降低；分解释放出的二氧化碳a和水能稀释、阻隔可燃性气体；分解产物是碱性多孔物质，比表面大，能吸附酸性气体，同时其与塑料燃烧时表面的炭化产物结合生成保护膜，因而具有阻燃和抑烟的双重功能[2]。 HTLc具有表面微孔性、离子交换性、层板正电性、记忆恢复性等特征，可以将其他组分( 例如某些特定的无机或有机材料)与其层板进行组装获得。由于其具有特殊的层状结构和表 1水滑石类材料的结构、特性及制备方法 1.1水滑石类材料的结构和特性 水滑石分子组成为Mg6Al2（OH）16CO3·4H2O，是一种阴离子型层状化合物[1]。水滑石中的Mg2+、A13+被N2+、M3+同晶取代得到结构相似的一类化合物，称为类水滑石化合物（Hydrtalcite-likecompounds，简称HTLcs）。水滑石类化合物主要由水滑石、类水滑石和他们的插层化学产物柱撑水滑石构成。水滑石类层状化合物因其特殊的结构具有许多特性，如：①特殊的层状结构。晶体场严重不对称，阳离子在层板上的晶格中，而阴离子在晶格外的层间，因此层间阴离子有可交换特性。②碱性。HTLcs的碱性与层板上阳离子M的性质、MO 键的性质都有关系。③酸性。HTLcs的酸性不仅与层板上金属离子的酸性有关，而且还与层间阴离子有关。④结构稳定性。HTLcs经焙烧所得的复合金属氧化物仍能保持完整的层状结构。水滑石类材料广泛应用于催化、吸附和离子交换等领域，在医药、涂料、农药、造纸、功能高分子材料及油田开发等方面也得到应用，近年来其在环保上的应用成为新兴研究领域。 1.2水滑石类材料制备方法 关于水滑石类化合物的合成，国内外做了大量的研究工作，探索出很多制备方法。目前，水滑石类材料的合成方法主要有4种：共沉淀法、离子交换法、水热法及热处理的重新水合法[2，3]。其中，共沉淀法是比较经典的合成方法，可以获得质量较高的产品，但其生产工艺繁杂，“三废”多，不适合大批量生产。而采用水热技术合成镁铝水滑石，生产成本低，污染少，且产品纯度较高，随着水热机理的不断完善和控制技术的改进，水热法合成将是最适合大规模工业化生产规模的制备方法。在对水滑石层间阴离子的种类和数量进行设计和重组时，离子交换法和热处理法是具有较大的竞争优势的制备方法。 2水滑石类材料在废水处理中的应用 因水滑石类材料具有较多的优良特性，使得它在阻燃剂、催化剂、吸附剂和离子交换剂等方面有广泛的应用。水滑石类材料在废水中的应用主要利用了水滑石的层间离子交换性能、比表面积大以及结构记忆效应等优良特性。HTLcs的离子交换性能与阴离子交换树脂类似，但由于其具有离子交换容量大、耐高温（300℃）、耐辐射、不老化、密度大及体积小等优点，在环保领域得到了广泛应用。 2.1印染废水的脱色 染料废水成分复杂、高浓度、高色度且难降解物质多，此类废水经生化处理仍带有较深色度，难以达标排放。因此，通常需要进行深度脱色处理，常用的吸附剂有活性炭、离子交换树脂、矿物和废弃物等，但处理成本较高、吸附容量低、亲合力差、易受到染料废水中无机盐的影响和吸附饱和后如何处置的问题一直未能解决。而水滑石类材料及其焙烧产物对染料显示出非常好的吸附性能，并且由于廉价的成本而得到广泛应用。关于水滑石类材料对印染废水的脱色方面的报道较多，主要集中在Mg-Al型水滑石的研究。由前人研究结果[4，5]可以看出，Mg-Al型水滑石及其焙烧产物对染料都有良好的吸附性能，而且焙烧产物的吸附性能更好，如在15℃、pH=10～11条件下，1.0g/L的焙烧产物对浓度为2000mg/L的AR88的去除率高达99.95％，吸附容量为1999.0mg/g。而且吸附饱和后采用高温热解法再生的产物仍然具有较佳的吸附性能。同时，有不少研究者发现水滑石焙烧产物对水滑石有更好的染料吸附效果。朱洪涛等[6]采用共沉淀法制备出一系列镁铝铁三元类水滑石，考察了该类水滑石及其焙烧产物对直接大红染料废水的吸附性能，结果表明，镁铁铝摩尔比为3∶1/4∶3/4制得的水滑石对直接大红的脱色效果最好，而且其焙烧产物的饱和吸附容量较大，将近水滑石的3倍，5次重复利用的水滑石和焙烧产物对直接大红的脱色率仍可达到80%。朱国华等[7] 层状双羟基复合金属氧化物（Layered Double Hydroxide,LDH）是水滑石（Hydrotalcite,HT）和类水滑石化合物（Hydrotalcite-Like Compounds,HTLCs）的统称，由这些化合物插层组装的一系列超分子材料称为水滑石类插层材料（LDHs）。1842年Hochstetter首先从片岩矿层中发现了天然水滑石矿；二十世纪初人们由于发现了LDH对氢加成反应具有催化作用而开始对其结构进行研究；1969年Allmann 等人通过测定LDH单晶结构，首次确认了LDH的层状结构；二十世纪九十年代以后，随着现代分析技术和测试手段的广泛应用，人们对LDHs结构和性能的研究不断深化。 简介 水滑石材料属于阴离子型层状化合物。层状化合物是指具有层状结构、层间离子具有可交换性的一类化合物，利用层状化合物主体在强极性分子作用下所具有的可插层性和层间离子的可交换性，将一些功能性客体物质引入层间空隙并将层板距离撑开从而形成层柱化合物。水滑石类化合物(LDHs) 是一类具有层状结构的新型无机功能材料, LDHs的主体层板化学组成与其层板阳离子特性、层板电荷密度或者阴离子交换量、超分子插层结构等因素密切相关。一般来讲，只要金属阳离子具有适宜的离子半径（与Mg2 +的离子半径0.072 nm相差不大）和电荷数，均可形成LDHs层板[1]。其化学组成可以表示为[MⅡ1-xMⅢx (OH)2] x + (An- )x/n·mH2O ,其中MⅡ为Mg2 + , Ni2 + , Co2 + , Zn2 + ,Cu2 + 等二价金属阳离子;MⅢ为Al3 + , Cr3 + , Fe3 + , Sc3 + 等三价金属阳离子;An - 为阴离子,如CO2 -3 , NO3 -, Cl - , OH- ,SO24 -, PO34 - , C6H4 (COO)2 2 -等无机和有机离子以及络合离子,则层间无机阴离子不同， LDHs的层间距不同[2]。当x 值在0.2-0.33 之间,即MⅡ/MⅢ摩尔比介于2～4之间时能得到结构完整的LDHs。在LDHs晶体结构中,由于受晶格能最低效应及其晶格定位效应的影响,使得金属离子在层板上以一定方式均匀分布,即在层板上每一个微小的结构单元中,其化学组成不变。 结构特征 LDHs是由带正电荷的主体层板和层间阴离子通过非共价键的相互作用组装而成化合物，它的结构类似于水镁石Mg(OH)2，由MgO6八面体共用棱形成单元层。有以下几个很突出的特点：（1）主体层板的化学组成可调变；（2）层间客体阴离子的种类和数量可调变；（3）插层组装体的粒径尺寸和分布可调控 典型的LDHs化合物是镁铝碳酸根型水滑石：Mg6Al2(OH)16·4H2O[4]。LDHs的结构非常类似于水镁石[Mg(OH)2]，由MgO6八面体共用棱形成单元层，位于层上的Mg2+可在一定的范围内被Al3+同晶取代，使得层板带正电荷，层间有可交换的CO32-与层板上的正电荷平衡，使得LDHs的整体结构呈电中性。由于层板和层间阴离子通过氢键连接，使得LDHs层间阴离子具有可交换性。此外，在LDHs中存在层间水这些水分子可以在不破坏层状结构条件下除去。 性质 碱性 LDHs的层板由镁八面体和铝氧八面体组成。所以，具有较强的碱性[5]。不同的LDHs的碱性强弱与组成中二价金属氢氧化物的碱性强弱基本一致，但由于它一般具有很小的比表面积(约5—20m2/g)，表观碱性较小，其较强的碱性往往在其煅烧产物LDO中表现出来。LDO一般 镁铝水滑石的合成及应用 水滑石（Layered Double hydrotalcites，简称LDHs）是一类具有层状结构的阴离子粘土。它是由带正电荷的Mg2+和Al3+的复合氢氧化物及层间填充带负电荷的阴离子构成的层柱状化合物。 一、水滑石层状化合物的结构与组成 典型的LDHs化合物是镁铝碳酸根型水滑石：Mg6Al2（OH）16·4H2O[Mg1-xAlx（OH）2]x+（CO32-）x/2·mH2O，其结构非常类似于水镁石（Mg（OH）2），由MgO6八面体共用棱形成单元层，位于层上的Mg2+可在一定的范围内被半径相似的Al3+同晶取代，使得Mg、Al、OH离子层带正电荷，这些正电荷被位于层间的CO32-中和，CO32-与层板以静电引力及通过层间H2O 或层板上的OH，以氢键OH……An……HO的方式结合起来，使LDHs结构保持电中性。 二、LDHs的性质 1.碱性：水滑石类材料的层板由镁氧八面体和铝氧八面体组成，所以具有较强的碱性，不同的LDHs的碱性强弱与组成中的金属氢氧化物的碱性强弱有关。 2.层间阴离子的可交换性：水滑石层间阴离子可与各种阴离子，包括无机离子、有机离子、同多离子和杂多离子进行交换[7，8]，是一种阴离子交换材料。 3.热稳定性： 4.组成和结构的可控性：水滑石类化合物其主体层板的元素种类及组成比例、层间阴离子的种类及数量、二维孔道结构可以根据需要在宽范围调变，从而获得具有特殊结构和性能的材料。LDHs组成和结构的可调变性以及由此所导致的多功能性，使LDHs成为一类极具研究潜力和应用前景的新型材料。 5.记忆效应：在一定温度下将LDHs焙烧一定时间的样品（此时样品的状态通常是LDH中金属离子的复合氧化物）加入到含有某种阴离子的溶液介质中，其结构可以部分恢复到具有有序层状结构的LDHs。 3.阻燃性能：LDHs在受热时，其结构水和层板羟基及层间离子以水和CO2的形式脱出，起到降低燃烧气体浓度，阻隔O2气的阻燃作用。 三、水滑石的制备方法 LDHs的制备方法有很多种，较为成熟的方法主要有以下几种。 1.共沉淀法类水滑石制备及应用
水滑石类在废水处理上的方法
水滑石
镁铝水滑石的合成及应用
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