水滑石概述.doc（常用版）(可以直接使用，可编辑完整版资料，欢迎下载）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(LayeredDoubleHydroxides，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(Hydrotalcitelikecompound，简称HTlc)；它们的层插化学产物称为柱撑水滑石(PillaredHydrotalcite)。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“ConstitutionandpolymorphismofthePyroariteandSjogreniteGroups”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，它具有以下化学组成通式：[M2+1-xM3+x(OH)2]z+[An-]z/n·mH2O，结构与水滑石的结构相同，只是阴离子及阳离子种类数量不同。LDHs的结构如图1-1所示。图1-1水滑石类化合物结构图水滑石类化合物分子式反映了其层状结构中所含元素的种类，表明合成各种各样化学计量不同的化合物是可能的。(1)一般而言，可容许进入LDHs层板中的M2+和M3+离子要与Mg2+离子具有相近的离子半径。组成LDHs常见的二价金属离子有Mg2+、Zn2+、Ni2+、Co2+、Cu2+、Ca2+、Mn2+等；三价金属离子有A13+、Cr3+、Co3+、Fe3+、Sc3+、V3+等。由这些M2+和M3+离子组合，可形成二元、三元甚至四元的LDHs。M2+与M3+的半径愈接近愈容易形成稳定的层板。(2)An-为进入层间的阴离子，包括无机阴离子，如CO32-、NO3-、F-、Cl-、Br-、I-、CrO42-、H2PO4-、PO43-、SO42-、SO3