层状双金属氢氧化物(Layered double hydroxides,简称LDHs)是一种带有永久正电荷的具有水滑石层状晶体结构的功能材料。由于其独特的电性质,层状结构以及层间阴离子的可交换性,在材料、化工、工业催化、医药和环境科学等领域具有潜在的应用价值。目前为止,还没有发现可供工业应用的带永久正电荷的水滑石矿藏,而人工制备此类物质比较容易,所以,有关类水滑石的制备、性能及应用研究是人们关注的课题之一。在综合国内外大量相关文献的基础上,制备了Cl-离子为层间阴离子的镁铝型层状双氢氧化物,利用现代分析技术,对吸附材料的形态结构和表面特性进行了表征。系统研究了该类吸附剂对水体中硫氰酸根的吸附效果和行为,并对吸附作用机理进行了探讨。利用离子交换法制备得到了烷基磺酸根插层的LDHs纳米复合材料,并对纳米复合材料的结构及其对水中阴离子染料酸性大红GR的吸附性能进行了研究。具体如下:　　 1.镁铝型层状双氢氧化物的制备与表征　　 以氯化镁、氯化铝和氨水为主要原料,利用液相非稳态共沉淀的方法合成了不同Mg/Al摩尔比的稳定的胶体颗粒吸附剂—以Cl-离子为层间阴离子的镁铝型层状双氢氧化物(简称MgAl-Cl-LDHs)。用化学分析和现代仪器测试技术,进行了系统研究:用高分辨透射电子显微镜、X-射线衍射、元素分析考察了粒子形貌、化学组成、晶体结构以及摩尔比的影响;采用显微电泳技术对MgAl-Cl-LDHs的电动特性进行表征。研究结果表明:合成样品中Mg/Al摩尔比总是低于原料配比中的Mg/Al摩尔比,但只有Mg/Al摩尔比在2:1至4:1范围内时,才能得到具有良好的结晶度,纯水滑石结构的物质。高分辨透射电子显微镜观察显示,摩尔比在2:1至4:1范围内镁铝型LDHs具有水滑石六方晶系结构,有良好的结晶度,颗粒为规则的六边形片状纳米颗粒,平均粒径100-115nm之间。表面富含羟基。MgAl-Cl-LDHs带永久正电荷。对于本实验方法,可以认为产生正电荷有二个原因:一是同晶置换,二是离子吸附作用,随着Mg/Al摩尔比从1:1变化至4:1,镁铝型LDHs的电动电势从+37.14mv逐渐增加到+48.50mv,研究结果还发现,镁铝型LDHs样品的电动电势受pH值的影响显著。低pH值时,电动电势为正值,随着pH值的增加,电动电势逐渐减小,pH值大于等电点(IEP)时,电动电势变为负值。MgAl-Cl-LDHs样品的等电点随着镁含量的增大而增大,Mg/Al摩尔比从1:1变化至4:1,MgAl-Cl-LDHs样品等电点依次为10.8,11.5,12.0和12.3。　　 2.MgAl-Cl-LDHs去除水体中的硫氰酸根　　 采用Mg/Al摩尔比不同的LDHs样品作为吸附剂,研究了它们对水体中SCN-的吸附能力和吸附特性。考虑到吸附动力学在污水处理过程中的重要作用,对SCN-的吸附动力学进行了分析。实验结果表明:镁铝型层状双氢氧化物能够有效去除水体中的硫氰酸根;SCN-去除的有效pH范围为4.50-7.50:T=20℃,pH=5.50,平衡时间t=150 min,Mg/Al摩尔比为2:1的LDHs样品对SCN-的去除率最好,吸附去除硫氰酸根的实验数据较好地符合Langmuir吸附等温线,饱和吸附量达到了98.3 mgSCN-/gLDHs。　　 用不同的动力学模型验证了镁铝型层状双氢氧化物去除水溶液中SCN-的吸附动力学。本文研究的所有结果表明在整个研究范围内,由于以拟二级动力学模型对实验数据拟合的相关系数均高于其它动力学模型,因此,拟二级动力学模型可以用来描述MgAl-Cl-LDHs对SCN-的吸附动力学过程。MgAl-Cl-LDHs表面位与SCN-之间的相互作用是离子交换和表面络合的共同作用。　　 3.LDHs纳米复合材料的制备和表征　　 层状双金属氢氧化物的一个重要性质是层间阴离子的可交换性,通过离子交换作用把其他的无机或有机阴离子引入层间,使层间结构和组成发生相应的改变,可制备具有特殊性质的功能材料。以Mg/Al摩尔比为2:1的LDHs样品为前驱体,用离子交换法把不同碳链长度的烷基磺酸根(客体)插入LDHs(主体)层间,制备LDHs纳米复合材料,并用XRD、FT-IR等手段对样品进行了表征。实验结果表明,MgAl-Cl-LDHs和烷基磺酸钠的浓度对LDHs纳米复合材料的制备至关重要,当烷基磺酸钠的浓度＜20 mmol/L时,插层无法完成;同时,镁铝型LDHs的浓度不能太高,其浓度≥1.00 wt％时,插层也无法进行。烷基磺酸根阴离子可取代镁铝型LDHs前驱体层间的Cl-离子,制备得到晶体结构良好的纳米复合材料。发现随着烷基链长度的增加,烷基磺酸钠的浓度均为20 mmol/L时,样品的层间距从0.773 nm依次增加到2.090 nm,2.287 nm和2.497 nm。同时,层间通道高度由前驱体的0.293 nm增大到插层后的1.610 nm,1.807 nm和2.017nm。随着烷基磺酸根的碳链长度的增加,LDHs纳米复合材料的表面被疏水改性。　　 4.纳米复合材料去除水中阴离子染料效果研究　　 采用纳米复合材料MgAl-CH3(CH2)5SO3-LDHs作为吸附剂,研究其对水中阴离子染料酸性大红GR(AS-GR)的去除效果,考察了温度、pH值、吸附剂加量和吸附时间对染料去除效果的影响,并利用XRD和FT-IR测试技术对纳米复合材料吸附染料前后进行了表征。研究表明,LDHs纳米复合材料可以有效地去除水体中酸性大红GR,该吸附反应为吸热反应,升温有利于酸性大红GR在MgAl-CH3(CH2)5SO3-LDHs上的吸附,最佳pH值为9左右吸附展现出对AS-GR优良的吸附性能,吸附剂加量为1.00 g/L,吸附过程可在4 h内达到平衡。实验数据较好地符合Freundlich吸附等温方程。MgAl-CH3(CH2)5SO3-LDHs表面位与AS-GR之间的相互作用表现为表面吸附和分配作用的共同作用。