[发明专利]含四价金属阳离子层状双金属氢氧化物的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及有机污染物的去除技术，特别是含四价金属阳离子层状双金属氢氧化物（LDHs）的制备方法及作为有机污染物吸附剂的应用。

背景技术

层状双金属氢氧化物（Layered double hydroxides，LDHs），是一种具有层状结构的阴离子粘土（Anionic clay），又称水滑石类化合物（Hydrotalcite-like compounds，HTLcs）。LDHs的化学组成通式可表示为: [M²⁺_1-xM³⁺_x(OH^-)₂]^x+(A^n-)_x/n·mH₂O，式中，M²⁺指二价金属阳离子，M³⁺指三价金属阳离子，一般而言，可容许进入LDHs层板中的M²⁺和M³⁺离子要与Mg²⁺具有相近的离子半径；A指价数为n的层间阴离子。LDHs的结构与水镁石(Mg(OH)₂，Brucite)的类似，MgO₆八面体相互共边形成层状结构，层与层之间对顶叠在一起，层间通过氢键缔合。当层状结构中的M²⁺在一定程度上被M³⁺同晶取代时，会导致层上正电荷的过剩，这些正电荷被位于层间的阴离子A^n-平衡，层间的其余空间被结晶水占据，即形成了水滑石类化合物。LDHs的结构特点使其具有如下特殊的性质：（1）层板化学组成的可调控性；（2）层间阴离子种类及数量的可调控性；（3）晶粒尺寸及分布的可调控性；（4）酸碱双功能性；（5）热稳定性；（6）结构记忆效应等。由于LDHs独特的层状结构、层间阴离子的可交换性、较高的阴离子交换容量，以及合成简单、成本低廉等优点，作为吸附剂在环境污染治理中的应用日益受到关注。LDHs带有结构正电荷且具有较大的比表面积，因此具有较好的吸附性能，层间的阴离子可被溶液中其它无机或有机污染阴离子交换，从而达到去除废水中污染物的目的，如LDHs已用于无机阴离子（F^-、Cl^-、Br^-、I^-、SeO₃^2-、SeO₄^2-、磷酸盐、B(OH)^4-、砷（Ⅲ ）、砷（Ⅴ）等）；有机污染物（酚类：三氯苯酚(TCP)、三硝基苯酚(TNP)、2，4-二氯酚(DCP)；阴离子类农药：4-氯-2-甲基-苯氧基乙酸(MCPA)、3,6-二氯-2-甲氧基苯甲酸(Ba)；表面活性剂：十二烷基硫酸钠(SDS)、辛基硫酸钠(SOS)，十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和辛基苯磺酸钠(SOBS)及阴离子染料等）等的去除，是一种高效的环境友好型材料。

目前全世界已发现的700 多万种有机化合物中，地面水体中检出的有机物达到2221种，其中具有致癌、致畸的达数百种之多。随着工农业生产的发展，许多新的化学物质不断产生，越来越多的有机污染物通过“三废”排放，大气降雨，地面径流冲刷等各种途径进入地面水体，对水体环境造成不同程度的污染，一些恶性污染事件屡屡发生也造成了地表水体的严重污染, 并引发了一系列社会问题。城市居民日常生活排放的污水和很多工业废水都含有大量的溶解状有机物质，这些污染物氨氮含量高，在水中进行生物氧化分解过程中，需消耗大量溶解氧，一旦水体中氧气供应不足，会使氧化作用停止，引起有机物的厌氧发酵、散发出恶臭、污染环境、毒害水生生物，丧失水体应有功能的正常发挥；有的工业废水还含有有毒有害的人工合成有机物，如合成农药和染料等。这些废水的直接排放造成了严重的水体有机污染。

LDHs用于水体有机物的去除已有广泛的报道，在应用研究过程中，也存在着材料吸附容量小等问题，因而人们不断探索提高材料吸附性能的方法，已有的方法如控制材料合成条件、提高层板三价阳离子含量、改变层间阴离子种类提高离子交换性能、有机改性等等。