镁铝类水滑石的介绍

类水滑石

摘要

根据近十几年的文献，对类水滑石的性质，制备及应用进行了综述。介绍了类水滑石材料的合成方法以及作为催化剂，添加剂，吸附剂在有机合成反应，石油化学，塑料工业，水处理等方面的应用。

目录

1类水滑石

2性质

3制备

4应用

目录

1类水滑石

2性质

3制备

4应用

类水滑石

类水滑石化合物（Hydrotalcite－like compounds,HTlc）是由带正电荷的金属氢氧化物层和层间电荷平衡阴离子构成的层状双金属氢氧化物。

可用通式表示为 [M2+1-xM3+x(OH)2]x+[An-x/n] ·mH2O，其中M2+ 是二价金属阳离子，可以有Fe2+，Co2+，Cu2+，Zn2+，Mn2+ 等；M3+ 是三价金属阳离子，可以有Fe3+,Cr3+等，由这些二价和三价金属离子的有效组合，可形成二、三元甚至四元的HTlcs。An- 为层间阴离子，可为无机阴离子如Cl-、CO32-等；也可以是有机阴离子，如对苯二甲酸根以及配合物阴离子如Zn(BPS)34 －等；还可以为同多或杂多阴离子如V10O286 －及层状化合物如[ Mg2Al(OH)] －等。A是价数为-n的阴离子，X是M3+

与｛M3++M2+｝的摩尔比。HTlc单元晶层相互平行重叠形成层状结构，层状结构中的每一层的结构和水镁石Mg(OH)2类似(水镁石为正八面体结

构，结构中心为Mg2+,六个顶点为OH-，相邻的正八面体通过羟基共用边相互连接形成片层)，是由金属(氢)氧八面体靠共用边相互连接而成，但化学组成与水镁石不同，其中部分二价金属离子被三价金属离子代替(称为同晶置换)，称为类水镁石层。类水镁石层相互平行重叠形成HTlc层状结构．层和层之间有孔隙，通常称为通道 (Gallery)。水镁石层是电中性的，而类水镁石层中由于三价金属离子同晶置换部分二价金属离子而带有剩余正电荷。这种由晶体结构本身产生的电荷与外界条件(如分散介质的pH，电解质等)无关，所以称为永久电荷。为维持电中性，在通道中存在阴离子以平衡片层所带的剩余正电荷。通道中的阴离子是可以交换的，所以HTlc具有阴离子交换性，因而也常称为阴离子黏土。

性质

1 HTlc片层化学组成的可调节性

HTlc片层中的二价或三价金属阳离子均可被其它离子半径与之相近的同价金属离子所代替，形成新的HTlc。同价金属离子对类水滑石结构形成影响不同，有的同价金属离子间具有离子浓度叠加效应。二价和二价金属离子也可分别被一价和四价金属离子取代形成HTlc。

2 HTlc交换和吸附性能

类水滑石具有阴离子交换特性，可使HTlc与许多无机和有机阴离子进行交换，形成具有不同层间阴离子的新HTlc。不同层间阴离子的引入可能使HTLc表面得以改性而改善使用功能，如大分子阴离子的插入可使HTlc 层间距变大，使柱撑HTlc的择形催化能力更加显著，得到更多的反应面和暴露更多的活性中心。其阴离子交换能力与其层间阴离子种类有关，已经验证了许多阴离子交换能力的大小，得出了“高价阴离子易于通过交换进入层间，低价的阴离子易于被交换出来”的结论。

HTlc是带有结构正电荷且有较大比表面的一类物质，因此有较好的吸附性能。未修饰过的HTlc可通过静电引力吸附水中的物质，如腐殖质、农药、三氯苯酚和三硝基苯酚等有机物质，起到净化水源的目的。经表面修饰的HTlc(如用直链酸进行表面改性)，则可作为疏水性有机化合物的吸附剂。

研究认为，HTlc在溶液中优先吸附C032-和P043-，但离子交换吸附能力远低于理论最大值。HTlc经锻烧后得到混合金属氧化物，吸附能力会大大提高。对一些无机离子如Cr042-, Si032- , S042-, CI-,Mn04-吸附研究表明，HTlc锻烧后得到的金属混合氧化物是良好的废水处理剂，核反

应废水中一些放射性元素也可用这种吸附剂进行处理。

3 酸碱性

HTlc表面具有酸碱两种活性中心。等用异丙醇作探针,考察了杂多阴离子柱撑HTlc的表面酸碱性。因为异丙醇在酸性中心上脱水生成丙稀，在碱

性中心上脱氢生成丙酮，因此异丙醇是考察催化剂酸碱性的有效方法。研究结果表明，柱撑HTlc同时存在酸碱两种催化活性中心，但酸中心占明

显的优势。柱撑HTlc的酸性来自于酸性的杂多阴离子柱，而碱性则起源

于HTlc羟基层。李连生等以吡啶为探针分子研究含稀土元素HTlc的表面酸性，认为MgAlLa-HTlc既有L酸又有B酸中心，但L酸量大于B酸量。

他们指出，B酸来源于HTlc的羟基层。L酸来源于HTlc片层上的A13+和La3+ 。

4热分解性能

HTlc 具有一定的热稳定性。加热到一定温度时，HTlc开始分解，热分解过程包括层间水、片层羟基、层间阴离子的脱除及新相的形成。HTlc热

分解可形成具有催化活性的金属氧化物固态溶液，这是HTlc一个非常重

要的性质。不同金属组成的HTlc热稳定性各有不同。

一般认为煅烧类水滑石的第一阶段(低于2OO℃)先失去水滑石层间的水，此时仍保持层状结构；第二阶段(250～450℃)层板上的OH-脱水，C032-

分解放出C02，层状结构开始破坏，形成混合金属氧化物的固态溶液；在450～550℃之间，脱羟完全，并最终生成Mg－Al－O混合金属氧化物

(Layer double oxide简称LDO)，此时具有最大的比表面和孔体积；当分解温度不超过550℃时，混合金属氧化物在一定的湿度(或水)和C02(或碳酸盐)条件下，可以恢复形成层状双金属氢氧化物，即所谓的“记忆功

能”。LDO具有较好的热稳定性，可以用作催化剂或催化剂载体。

制备

1 共沉淀法

1942年，Feitknecht等首次用共沉淀法合成了HTlc。制备过程可表示如下：滴加→沉淀→晶化→过滤→洗涤→老化→干燥

如今人们普遍认为共沉淀法是合成HTlc最可靠有效的办法。因为它可使

离子半径相近的两种或两种以上二价和三价金属离子混合在一起，经过反应形成相应的HTlc；同价金属元素混合在一起往往会产生协同效应，因

此适用范围广；二价和三价金属离子的原料配比易于调控，可由此获得具不同片层电荷的系列HTlc；也可使不同的阴离子存在于层间，获得所需

样品。

共沉淀的基本条件是造成过饱和条件的形成。在HTlc的合成中,通常采用的是pH值调节法,其中最重要的是,沉淀的pH值必须高于或至少等于最可溶的金属氢氧化物沉淀的pH值。大多数HTlc的制备要求pH在8-10之间。

共沉淀法包括非稳态共沉淀法和稳态共沉淀法。

非稳态共沉淀法(又称变化pH值法或单液法)，指将金属阳离子先配制成

混合金属盐溶液(一般用一价阴离子金属盐，原因是它们都不是特性吸附

粒子，易于被其他阴离子所交换)。然后加入共沉淀剂并加以强烈搅拌。

随着共沉淀剂的加入，金属离子的浓度及溶液的pH都会发生改变。由于