LDHs用于治理环境污染

1绪论层状双氢氧化合物(LayeredDoubleHydroxides，简称LDHs)，一种特别的层状物质，别名水滑石，由许多带正电荷的层和在层间平衡电荷的阴离子两者组成，层间阴离子和层与层的作用力弱。LDHs主体层板组成多样化，层间客体阴离子互换化以及和其他材料具有很好的相容性等，使得LDHs具备非常丰富的物理性能和化学性质ADDINCNKISM.Ref.{482CDC839411491aBC8391322BFAAA59}[1]。LDHs不仅在自然界中普遍存在，而且易于人工合成，来源广泛。最早出现在人类视野里的层状双氢氧化物是，1842年瑞典人Hochstetter从片岩矿层中发现的天然存在的LDHs；随后，1942年Feitknecht等人通过实验研究首次得到了人工合成的LDHs；1969年Allmann等人通过实验验证确认了水滑石的层状结构；1970年第一个关于LDHs制备加氢催化剂的专利申请产生了ADDINCNKISM.Ref.{4267DD725C8B492cBBF6F347C792270A}[2]。从此，LDHs掀起了一波波研究热潮，逐渐在多个领域内被应用。二十世纪九十年代以后，现代科学技术等各方面的飞速发展使得人们对LDHs的了解不断深入，应用范围愈加广阔。本综述旨在通过当前层状双氢氧化物的研究现状了解其目前的应用领域和发展前景，经过近五年来相关研究可知，LDHs在诸多领域发挥着作用。比如，利用LDHs层间阴离子的可互换性来去除阴离子污染物、重金属离子污染物、染料废水等；利用其层板金属阳离子可替代用作光催化剂，亦可作为催化剂载体，前体材料等；利用LDHs合成的复合材料拓宽了其应用方向；LDHs在生物医学上也作为药物载体、基因载体、生物传感器等发挥着巨大作用；在环境修复和交叉学科领域也有着极为重要的作用，在如今我们所生活的地球面临着各种各样问题的情况下，它的研究具有无比重大的意义。迄今为止，尽管LDHs的研究历史只有一百余年，但其独特的结构和性质引起了研究学者们极大的兴趣，使得其潜力能够被不断的发掘出来，为许多问题打开了一道解决之路。LDHs主体层板原子间主要以共价键形式存在，主体层板与客体阴离子间却可能存在多种相对较弱的作用力。通过前人的研究可以知道如何形成稳定的LDHs结构，根据离子半径相近原则，只要二价和三价金属离子的离子半径大小相似，就可以用这两种金属构建形成LDHsADDINCNKISM.Ref.{A05E1F65AF2A4444B4F4FCB30AA24D7C}[3]。关于LDHs合成的研究报道越来越多，形成的新的LDHs的种类也越来越多，可以应用的范围也愈加广泛，但就其本身存在的一些问题，仍旧需要更多的实验研究来解决，为了让LDHs能够在实际中得到普遍应用，还有漫长的研究历程需要去经历。在不断出现更新的科学技术和测试手段下，LDHs的不足之处应该会得到充分的解决，潜力会尽可能全部发挥出来。纵观人类社会的发展，新型材料的发现和使用是非常关键和重要的一环，技术推进社会，材料改变时代，这是毋庸置疑的。而且，材料的性能还关系到社会中各种尖端技术和诸多工具的安全。如今，各种新材料多到令人眼花缭乱，目不暇接；材料科学必将在未来大有作为，人类建立在新思路、新概念、新工艺基础上的新型材料研究的认识及利用程度决定着社会形态和生活质量，具有重大的意义。

2层状氢氧化物概述2.1LDHs的组成及结构LDH的结构类似于水镁石Mg(OH)2的结构，因而又被称为双金属氢氧化物，这类化合物由Mg(OH)2八面体共棱形成单元层，八面体的顶点是OH－离子，中心部位是Mg２＋。当部分镁离子被半径相近的三价金属离子同晶取代后，层间的阴离子用来平衡层板上多余的正电荷，层内的其余空间由结晶水填充ADDINCNKISM.Ref.{BC3A9D217A1949d193469C16FD53BD12}[4]。LDHs组分典型的化学通式为[M2+1-xM3+x(OH)2]x+(An-)x/n·yH2O，其中M是金属离子，An-是层间阴离子，x是M3+/[M2++M3+]的摩尔比，一般而言x的范围乃0.17到0.33；y则是层间结晶水的数量。LDHs中金属元素的原料配比会影响到LDHs的层板电荷密度、结构稳定性和相关的化学性质ADDINCNKISM.Ref.{4A9A34B7C3024552B287C2DD2179BC41}[5]。水滑石阴离子的种类和数量也对其结构性能有一定程度的影响，在一定范围内，层间阴离子可调变，含不同种类阴离子的LDHs其自身所具备的性质也是不同的ADDINCNKISM.Ref.{809A934C02424031AAD54BBCA4C626FF}[4]。2.2LDHs的性质2.2.1酸碱性LDHs在一般情况下呈现弱碱性，实验证明其在碱性环境下比在酸性环境下要更稳定ADDINCNKISM.Ref.{1A6D0292F2E94cc9AB3800300A17F87A}[6]，通过改变LDHs的层板组成成分等可以增强或减弱它的酸碱性能。LDHs自身的碱性主要是由结构中二价金属阳离子的碱性强弱来决定的；而且科研人员们通过实验发现，一般来说LDHs的煅烧产物LDOs与LDHs相比，前者具有更强的碱性；此外，插层阴离子的电荷分布也对LDHs材料的酸碱性有一定的影响ADDINCNKISM.Ref.{825B9A68B1F745008514A360B0E3AFA5}[7]。2.2.2阴离子可交换性LDHs的层间阴离子可以与各种阴离子进行交换，在这个基础上，能够用来合成我们所需要的功能新材料。通常来说，交换的阴离子电荷越高，离子半径越小，交换则能力越强；实验发现高价阴离子易进入层间，低价的阴离子则易被互换出来。由于LDHs层间阴离子可交换的离子范围非常广泛，故而被用来去除多种阴离子污染物ADDINCNKISM.Ref.{A2E60667F8BD42b69DF2065070C177AF}[8-10]。2.2.3热稳定性实验发现LDHs在加热到一定温度时会分解，依次发生脱层间水，脱层间阴离子，脱层板羟基，新相生成等步骤。当温度低于200℃时，LDHs仅脱去层间结晶水，其层状结构没有受到影响；当温度升高到250~400℃时，层板羟基脱水，并脱除部分层间阴离子，此时层间结构遭到破坏；当温度继续加热到450~500℃时，层间阴离子消失，LDHs会完全转变为双金属复合氧化物（LDOs）。在高温加热过程中，LDHs的有序层状结构被破坏，比表面积增加，孔容增加，得到的焙烧产物LDOs经过实验证实也是一种极好的去除污染物的材料ADDINCNKISM.Ref.{F37128FA701E4559966420B2CD303377}[11]。2.2.4记忆效应热稳定性是水滑石“记忆效应”的基础，也是水滑石用作阻燃剂的条件和原理ADDINCNKISM.Ref.{0EC4B40891284c7fB803C0815B0F01E8}[12]。将LDHs焙烧得到的产物LDOs，加入到具有某种阴离子的溶液介质里，可部分恢复原来的层状有序结构，这被人们称为“记忆效应”。此外，对LDHs吸附有机阴离子污染物后进行焙烧处理，将有机阴离子裂解去除，然后将LDHs浸入到去离子水溶液中，能够实现LDHs的再生。热处理过程中温度不应过高，一般超过700℃时就无法使LDHs恢复到有序层状结构ADDINCNKISM.Ref.{C4B359BFF63D42a1BEB24A6C3F35ABEC}[13]。2.2.5阻燃性能LDHs材料中含有大量的结晶水，层板上存在大量的羟基，在高温条件下，其结构中的层间离子和层板羟基会以H2O分子和CO2的形式脱除，从而阻碍氧气的进入，同时起到稀释可燃气体的作用，还可以吸收周围环境的热量来降低温度，因而使得LDHs材料具有一定的阻燃性能ADDINCNKISM.Ref.{3F11327F927B4d31923F2A0FFF60B322}[14-16]。2.2.6组成和结构可调这段时间通过大量文献的阅读，我发现LDHs的化学组成不是固定的，我们可以对其进行多方面的调整，比如客体层间阴离子的种类和数量、主体层板的离子种类等，都可以用不同的方式进行调整，从而获得我们所需要的特定的功能材料。通过不同的制备方法对LDHs进行不同的功能化改性可以得到多种功能性材料，展现出了巨大的研究潜力和应用前景。只要目标离子的价态相同、半径相近，就可以用来替换LDHs结构层板中的二价、三价金属阳离子，从而形成新的LDHs。LDHs层间阴离子也可以调变，且一般来说低价离子易被高价离子替换，利用这一特性可获得多种新型的水滑石材料ADDINCNKISM.Ref.{6B5F1E2A847746b7A24B1BACF8B30412}[17]。通过精准调控LDHs微结构,给下一步到拓扑结构的转变提供了有力的结构支撑ADDINCNKISM.Ref.{3EA8CF8492054b4eA7285DAAD32929F9}[18]。2.3LDHs的制备方法2.3.1共沉淀法共沉淀法是指在固定或变换溶液pH的条件下，使溶液中的金属阳离子同时沉淀，并在一定温度下完成晶化过程，最终得到所需的目标材料。共沉淀法的优点在于应用范围较广泛；当然这种制备方法也是有缺陷存在的，即在制备过程中，晶化与成核同时发生，所得LDHs的粒径分布较宽且不均匀。但该方法是研究人员们最常用的方法ADDINCNKISM.Ref.{A0B7A3E4A63B441cB807C1591279EAF3}[15]。共沉淀法可分为低饱和度法（pH值维持恒定）、高过饱和度法（pH值变化）两种类型ADDINCNKISM.Ref.{147A371E25784866ACE1D98E114254F2}[19]。共沉淀法又可分为单滴法和双滴法以及超声法。2.3.2水热合成法水热法是指用含有构成目标LDHs金属离子的难溶氧化物或氢氧化物在高温高压下水热处理而生成新的LDHs材料的方法，这个方法常用于合成含有亲和力较低的有机阴离子的LDHs，因为在反应条件下没有其它竞争离子的干扰，可以确保目标阴离子顺利进入LDHs的层间。2.3.3离子交换法离子交换法是指将给定的LDHs前驱体，置于插层阴离子的溶液中，使得层间阴离子与需要插入的阴离子进行交换，组装出结构有序的插层材料。此法适用于当目标阴离子在溶液中不稳定或阴离子与金属离子的直接反应更容易进行时的LDHs的合成。水合需要的自由能或正负离子间的静电作用力决定着交换作用的强弱。离子交换法能否顺利进行，与阴离子交换能力的大小紧密相关；而阴离子交换能力大小的影响因素有许多，在此不一一详述。此外，其缺点是离子交换法的合成条件是不稳定的，优势则表现在反应时间短，所以仍然成为研究人员们常用的合成方法之一。2.3.4焙烧复原法焙烧复原法是基于LDHs“记忆效应”这一特征基础上的制备方法，在高温下焙烧LDHs可得到其金属阳离子的复合氧化物LDOs，将其加入到含有目标阴离子的溶液中，由于LDHs的“记忆效应”可以部分恢复到LDHs材料的有序层状结构，并且将目标阴离子引入层间，形成具有新型结构的水滑石。焙烧复原法是一种重要的合成方法，可用于合成含有各种有机阴离子、无机阴离子以及药物分子的LDHs，特别适用于阴离子体积较大LDHs的合成，而且可以在一定程度上避免无机金属盐中阴离子的竞争作用。但其缺点在于焙烧LDHs时的温度不能过高，否则会导致结晶不好，结构不易恢复等问题发生ADDINCNKISM.Ref.{F744B1F5C6574cc1B5186426FCD4877A}[20]。2.3.5尿素分解法尿素分解法是利用尿素在高温（大于90℃）条件下会发生分解这一性质来合成LDHs的。这一方法能够稳定的提供氢氧根给金属阳离子，从而获得晶粒尺寸较为均匀，晶体结构较为完整的LDHsADDINCNKISM.Ref.{C021F6FA798448de992A4DB8276E348D}[4]。2.3.6微波辐射法微波辐射法是指利用微波能够均匀快速升温的特殊反应环境来合成LDHs，该方法使得产物均匀生长，且比表面积较大、催化活性也较强。综上所述，目前关于LDHs合成的工艺路线、合成条件等，经过众多实验研究得到了多种制备途径和明确的合成条件。上述合成方法只是制备LDHs的一部分，此外研究人员们还发现了多种用于制备合成LDHs的方法，如：机械化学合成法，原位合成法、成核/晶化隔离法等。2.4LDHs的微观形貌研究LDHs层板间存在多种作用力，通过SEM,TEM,HRTEM和AFM等显微技术,可以直观观察和研究LDHs的晶体形貌、尺寸及层厚等微结构。LDHs的晶粒尺寸是影响其活性的重要因素。研究表明不适宜的温度和饱和度不能很好的成核，虽然可以促进晶体生长，但所得的晶粒尺寸会显得比较大。晶化时间和晶化温度对LDHs的晶粒尺寸大小也有一定的影响，延长时间或提高温度都会使产物LDHs的晶粒尺寸明显增大。因此可通过多种方法控制结晶和成核的速度，从而改变产物LDHs晶粒尺寸的大小。2.5LDHs的改性LDHs通过控制制备条件，采用不同的改性方式可以改善它的理化性质，通过改性可提高其耐酸碱性，增加官能团数量，增大比表面积，提高吸附性能等；且在研究低成本、稳定高以及易于再生利用的LDHs方向上有很大发现，提高了LDHs的应用价值。煅烧法改性被认为是最简单的改性方法，此外还有插层改性法、表面修饰、构筑复合材料等手段ADDINCNKISM.Ref.{BDA99C62AE4D404bAAE72B0F76FF8301}[21-22]。

3LDHs用于催化方向众所周知，催化剂在化学反应过程中起到举足轻重的作用，约有百分之九十以上的工业过程都要应用催化，比如石油化工、精细化工、煤化工、生物工程和环境保护等方面。催化剂开发水平的高低甚至直接决定着一个国家化学工业水平的高低。LDHs及其衍生物，因丰富的理化特性，广泛的来源、容易制备的方法，加之结构的特殊而成为制备和设计催化剂的理想材料，在催化领域中展现出广阔的应用前景。20世纪末，Miyata等科学家对其进行了作为催化材料的初步探索；通过对LDHs的结构改性与修饰，改变它的理化性质可增强其催化活性。催化技术对经济发展和社会进步起着巨大的推动作用，将LDHs用于催化领域的研究显示着极其重大的意义。3.1LDHs及其衍生物自身作为催化剂3.1.1电催化经过一百年的发展，电催化从当初作为电化学科学的一个分支独立出来成为一门交叉性极强的学科，广泛应用于能源转换与储备（燃料电池、超级电容器、化学电池、水解制氢、太阳能电池等）、环境工程（水处理、土壤修复、传感器、污染治理等）、绿色合成与新物质创造、表面处理等重要技术领域。电催化剂重点在于设计并制备出对特定反应具有高活性、高选择性和长寿命的催化剂。LDHs材料是极其具有前景的活性电催化剂ADDINCNKISM.Ref.{CCE0790A24EF4a0d8C07C6E55B85FF7B}[23]，韩银凤等利用一步溶剂热法，以N，N-二甲基甲酰胺为沉淀剂和结构诱导剂，成功制备了以泡沫镍为基底的纳米片层结构的OER性能更为优异的析氧催化材料ADDINCNKISM.Ref.{8D4E02B3C04E45f7A03345D185734B28}[24]。3.1.2光催化基于LDHs层板离子的可调变性，可以合成具有光催化活性的催化材料。通过焙烧形成复合氧化物、层板掺杂等方法可改变材料的带隙能结构，增强光活性。除此之外，近年来新兴起的光解水产氢领域，进一步扩宽了层状化合物材料在光催化领域的应用ADDINCNKISM.Ref.{0C4E377EEF4D46d59EA8C101E79B99B6}[25]。3.2LDHs作为催化剂前体LDHs作为催化剂前体是其在催化领域上的另一用途的开启，LDHs的前体经过焙烧拓扑转化为MMO，虽然有所改变，但其有序分布的金属离子结构仍然被保留，而转化得到的复合氧化物，其比表面积更大、碱性和热稳定性更高、以及新发现的协同效应作用表现得更为明显。LDHs作为催化剂前体在多个催化领域内均有应用。3.3LDHs及其衍生物作为催化剂载体LDHs及其衍生物不仅自身可以作为催化剂和催化剂前体，LDHs独一的结构和性质，使其也成为了催化剂载体材料的选择之一，用来制备负载型的金属催化剂。在材料中引进催化剂载体，能够防止催化组分的烧结与团聚，材料的热稳定性显著提高。黎雯以MgAl-LDH为载体，插层柠檬酸铁和草酸铁，一一用于在光-Fenton下对燃料进行降解，研究证实LDH对络合铁的稳定程度起到很大的提升作用ADDINCNKISM.Ref.{5AFD3F1CCBCB4e0bBF21E65EA8EB61F2}[5]。负载型金属催化剂的催化能力受到许多因素的影响，比如载体性质、表面形貌、粒子尺寸以及活性金属的负载量等都是十分重要的影响因素。LDHs和它的衍生物MMOs载体和负载的金属极其容易发生金属-载体的协同作用，可以很好的提高分散度和上面负载着的金属ADDINCNKISM.Ref.{45FE660F7A8D487bBEF92C7813FFF4F1}[26]。3.4LDHs基催化剂研究展望在催化领域LDHs基材料的应用显示着宽广的应用范围，但仍然存在诸多方面的问题需要科研人员们进行深度的研究，而其问题主要表征在如下两个地方：设计并合成可精细调控组成形貌、成本低廉、性能高的LDHs基催化材料；对明确认定和揭示转化过程中活性位的形成和演变规律的方法技术需要得到更为先进的发展。

4LDHs用于治理环境污染随着我国快速发展的现代化工业和不断增加的人口数量，在物质财富快速增长的同时，自然环境却逐渐陷入了“寂静的春天”，日益严峻的环境污染问题对世界生态坏境和人体健康及未来发展产生了巨大的影响，迫使人们重新审视经济增长与环境污染之间的关系；为此，对环境污染的治理成为全世界严阵以待的问题。LDHs因其独特的结构和性质在环境治理方面展现出广阔的应用前景，但单一LDHs因官能团较少、耐酸碱性较差、重复使用率低、易聚集等缺点难以在环境治理修复领域的实际应用中发挥更大的作用ADDINCNKISM.Ref.{DCA7A115CB55441280DBF9AE27B7E516}[27]。对此，研究人员仍致力于探寻将其能够最大限度的应用于环境治理领域的各种方法。据所阅文献研究表明，各种改性方法对LDHs复合材料的吸附性能和理化性质有着明显的改善。4.1去除水体重金属污染物重金属一般以天然浓度存在于自然界中，但由于人类活动的影响导致不少重金属如铅、汞、镉、钴等进入大气、水、土壤中，引起严重的环境污染。以各种化学状态存在的重金属会存留、积累和迁移，对人类社会造成严重的威胁。重金属污染物无法生物降解，以离子形式存在时毒性非常大，能被生物富集，既污染了环境，也危害到了生物健康。大量实验证明层状双氢氧化物可以作为吸附剂有效的去除重金属离子污染物；尽管LDHs是阴离子粘土，而且由于层板正电荷的静电斥力导致吸附阳离子的能力较差。在阴离子可交换的基础上引入对金属离子起着络合作用的有机阴离子能够获得对重金属阳离子具有吸附性的这样一类插层LDHs化合物，进而可以对水中阳离子进行有效的快速去除ADDINCNKISM.Ref.{58F287F60DEC4270B1B2375EF56ED56E}[5]。杨坤用共沉淀法制备得到Fe3O4@Zn-Al-LDH和Zn-Al-LDH，继而在500℃下进行焙烧，焙烧后的样品记为Zn-Al-500-LDO和Fe3O4/Zn-Al-500-LDO，对铬酸根的吸附能力显著提高了ADDINCNKISM.Ref.{61FC4D5A40994903AC5B501AEB1DFB81}[28]。以前有研究表明Zn系LDHs负载改性填料能够有效的吸附去除水体中污染物，何春燕等采用ZnFe-LDHs和ZnAl-LDHs涂层负载在石英砂和天然沸石表面，经过对两种采用不同改性方式的不同填料对Cr（Ⅳ）吸附性能的比较，研究发现其吸附效果显著，可用于人工湿地除铬生态修复工程ADDINCNKISM.Ref.{F5E1F9A5F7274b38B256B340CF73BAC2}[29]。张翔凌等在碱性条件下采用水热-共沉淀法，将ZnCl2、MgCl2和AlCl3、FeCl3等不同2价和3价金属化合物两两组合，生成4种层状双金属氢氧化物（LDHs)，并负载于天然麦饭石填料表面，可有效提高对水体中Cr（Ⅳ）的吸附，ZnAl-LDH负载改性麦饭石吸附性能最优，在最适温度15℃时理论最大饱和吸附容量接近天然麦饭石的10倍ADDINCNKISM.Ref.{EBFD3B53D0B448da8BA35949E67EA106}[30]。陈丽红等采用水浴共沉淀法在碱性条件下制备两种Zn系层状双金属氢氧化物（Zn-LDHs），并对天然麦饭石进行覆膜改性得到Zn-LDHs覆膜改性麦饭石，显著提高了对Cd（Ⅱ）的吸附ADDINCNKISM.Ref.{D7642F23BAE7452aB1BCCF9823192067}[31]。从大量文献中发现，增加吸附剂剂量能够提升重金属离子的去除效率，这是由于水溶液中吸附位点数量的增加，提高了污染物在大量活性物质位点上的吸附，同时在实际环境中使用最佳剂量的吸附剂能够很好的控制去除过程的成本耗费。肖江通过研究发现目前LDHs复合材料主要用于吸附溶液中重金属污染物，对土壤中重金属的处理鲜有报道，这是因为对复合材料的毒性缺乏研究；且复合材料本身的制备工艺并不成熟，所以实际应用仍然很少ADDINCNKISM.Ref.{5AE5DF7F31374ec599DD731A79160255}[27]。4.2对阴离子污染物的吸附社会的迅速发展导致水体中的阴离子污染物种类和数量呈现递增趋势，它们大多具有较强的毒性，通过生物链积累到一定浓度后便会对动植物、人类及生态环境产生严重的危害。阴离子污染物主要包括无机阴离子污染物与有机阴离子污染物。无机阴离子污染物主要有磷酸根、铬酸根、砷酸根、硝酸根、硒酸根、氟化物等，有机阴离子污染物有酚类物质、阴离子染料、阴离子表面活性剂等。对此，采取有效的治理手段刻不容缓。利用LDH的层间阴离子可交换性，可以达到去除阴离子污染物的目的。杨坤利用共沉淀法合成了Mg-Al-LDH和Zn-Al-LDH，研究发现两者对磷酸根的去除率都达到了95％以上，是去除磷酸根的有效吸附剂ADDINCNKISM.Ref.{0DA6A381185B4fc6AE34E3AF8536201C}[28]。彭小明等采用水热法制备了CuAl-LDHs，将其负载于生物质炭上，用于去除水中磷的实验研究，并测试了吸附剂的再生情况，再生性能优异可以对环境起到有益的保护作用，同时能降低吸附剂的成本ADDINCNKISM.Ref.{C14E76D510084c38A10297EC7F191697}[32]。4.3对染料废水的处理当前印染工业的发展也成为了导致环境问题的来源之一，其排放的废水中带有大量污染物，对人体及动植物和生态环境都有着严重的危害。孔雀石绿(MalachiteGreen；AcrylBrilliantGreenB)是有毒的三苯甲烷类化学物，印染工业造成这一类物质的污染若长期存在将会有极大的致癌风险。李玉才等采用固相法制备了Mg-AlLDHs吸附剂，研究了MgAl-LDHs/H2O2体系对孔雀石绿的降解ADDINCNKISM.Ref.{C94A19348F434cfa9600DED22BB08D54}[33]。4.4去除放射性核素人类面临着放射性、物理性、化学性、生物性四大类污染危害，针对放射性污染物的研究发现LDHs因其来源广泛、易于制备、结构特殊、环境友好等优点,在放射性核素的高效去除中展现了重要的应用前景。核能在当前面临能源问题找寻清洁可再生能源的情势下成为一种理想的能源，但广泛使用核能将会导致放射性污染，如铀(U(VI))、铕(Eu(III))、锶(Sr(II))、锝(Tc(IV))和镅(Am(III))等放射性元素累积到一定程度将会对人体产生巨大的危害，故对于LDHs去除放射性核素的研究是很有必要的。刘星群等运用超声共沉淀制备了亚铁铝类水滑石（Fe（Ⅱ）-AlLDH），用于处理含U(Ⅳ)废水,其最佳吸附pH值是6，处理过程中发挥主要作用的是化学吸附，是有效的吸附剂ADDINCNKISM.Ref.{A6A5B431316A4728900CD96134D35FA8}[34-35]。张晨璐等采用一步水热法制备了新型低成本的二元水滑石(MnAl-LDHs)和三元水滑石(MnFeAl-LDHs)吸附剂，通过静态批示实验和光谱分析研究了U(VI)在MnAl-LDHs和MnFeAl-LDHs上的吸附行为和相互作用机理，研究表明含锰水滑石材料在真实水环境中高效去除U(VI)中具有潜在应用前景ADDINCNKISM.Ref.{79FD59C1CA2444f6AA25AC503F67D0E3}[36]。研究表明除上述用途之外，LDHs还用于去除水体中的微生物细和病毒，且吸附率高达99%；LDHs对大气污染治理的应用研究主要集中在对氮氧化物和硫氧化物的选择性催化还原；LDHs可以减少水资源富营养化；其改性化合物在环境治理领域也显示了重要的作用。

5LDHs用于复合材料的构筑基于近年来复合材料的大力发展在我国未来绿色低碳经济发展中展示着不可替代的重要作用，复合材料最大的特点是复合后的新材料优于其组成复合材料的任一单体材料。将LDHs与其他功能材料进行复合，制备得到的多功能复合材料极大的拓宽了其实际应用。在传统LDHs材料的基础上，可以与众多的功能性客体分子制备合成功能复合的LDHs基材料，且在吸附、催化、生物传感和储能等诸多领域内存在着广阔的应用ADDINCNKISM.Ref.{713CD3FBF8D2422a9588CC0AA478D314}[37]。5.1薄膜材料在人类日常生活中的各种各样的材料会在环境作用下发生各类物理化学作用而导致材料腐蚀、损耗进而被破坏或失效，为此人们发现对材料在使用前进行表面强化或改性处理，在表面建立一层薄层防护膜，可以起到一定的耐腐蚀、耐损耗的作用。在不同驱动力的基础上，LDHs和很多功能性客体分子成功进行了层层组装，合成一类LDHs基无机功能性复合薄膜材料，这是一种具有高的安全性能、可控的成分、且绿色环保成本低廉的薄膜生产工艺。层层组装成膜技术简易，组装基元种类丰富，薄膜结构可控，组装基底不受限制，是最常用最基本的薄膜材料制备方法。除此之外LDHs复合薄膜的合成主要有：基于原位生长法构筑，是一种非常有效的无机功能薄膜的构筑方法；基于旋转涂膜法构筑，是可以在许多平滑表面基地进行大面积成膜的方法；基于电化学合成法构筑，此法成本低、易于调节且反应条件温和ADDINCNKISM.Ref.{4CD0D8D60E7149b5BAD069599727021E}[38]。研究人员们不仅实现了功能客体分子的固载化，同时极大的推进了LDHs基薄膜的组装驱动力。随着对这方面技术的认识不断深入，给合成LDHs基功能复合薄膜的未来提供了重要的基础参考。而且层层组装驱动力的诸多优势为薄膜合成奠定了宽阔的路径，在重金属检测、光学、电化学等方面均有用途。马瑞丽等为了解决组装客体是单一聚阴离子的局限,经其课题组研究发展了多种有机功能性客体分子的LDHs基薄膜组装方法，加之前人的研究基本达到了基于不同的驱动力实现众多功能性客体分子与LDHs的层层组装,构筑LDHs基无机功能性复合薄膜材料的目的ADDINCNKISM.Ref.{59D0865F7DC5424396A8BBB55228AA26}[39]。5.2热稳定剂水滑石受热能吸附、中和PVC降解脱出的HCl气体，从而达到阻燃稳定的目的，可以作为环境友好、低成本的新型PVC热稳定剂。但由于水滑石在PVC中相容性较差、热稳定性不高，故而要对其进行改性以弥补这种缺陷带来的影响。利用水滑石层间阴离子可互换的性质，以适当的方式将功能化材料通过离子交换嵌插到水滑石层间，使其结构和性质发生变化，在主客体的相互作用下，大大的提高了水滑石的热稳定性。章琛直接利用工业碱减量废水来制备改性水滑石，并优化了镁铝碳酸根型水滑石的制备工艺，探究得到了硬脂酸钠、工业碱减量废水及模拟碱减量废水对水滑石的最佳有机改性条件ADDINCNKISM.Ref.{85157DC14DB14340ABC70974BCB337B8}[40]。黄昱臻通过实验研究证明LDHs与MoO3具有很好的阻燃抑烟协同效应，LDH-MoO3复合粉体热稳定性好于LDHs和MoO3ADDINCNKISM.Ref.{C17AFBAA9DD549c1A14352718A988AFA}[41]。张宁等通过研究发现稀土元素和层板离子的数目是影响不同层板类水滑石热稳定性的主要因素，实验结果表明热稳定性顺序为MgCaAlLa-CO3-LDHs>MgAlLa-CO3-LDHs>MgCaAl-CO3-LDHs>MgAl-CO3-LDHs。类水滑石插层中直链有机酸根碳链的不断增加，静态热稳定性呈先增强后降低的趋势ADDINCNKISM.Ref.{FD4C9180817A4aeb8CC29858AB921FC4}[12]。5.3紫外阻隔材料紫外线辐射对人类来说也存在着极大的危害，当人们意识到这个问题时，便开始了处理措施的探寻，研究学者们寻找各种方式来研究抗紫外线材料，水滑石（LDHs）渐渐出现在学者们的视线里，并用作紫外阻隔材料研究，而实验证明其表现出很好的性能，是极好的抗紫外线材料的选择。张毅通过对水滑石在紫外抗体材料上应用的一系列研究，在控制一次粒径相同的条件下，首次对MgAl-LDHs紫外阻隔性能在引进过渡的二价金属元素Co、Ni、Cu、Zn等产生的影响的进行研究，对PP/LDHs复合材料进行自由基检测研究其抗紫外光老化机理；首次在控制LDHs层板化学组成相同的条件下，研究了MgAl-LDHs直径从纳米级到微米级（63nm~4.5μm）对其紫外阻隔性能的影响，并得出LDHs尺寸在136~270nm范围对紫外光屏蔽性能最佳的结论；利用高镁锂比盐湖卤水为原料制备了镁基LDHs紫外阻隔材料，为盐湖镁资源开发出高值化镁基LDHs紫外阻隔材料提供了基础工艺参数ADDINCNKISM.Ref.{4F8FF873596F45e7B4B6B8969BC1CC18}[42]。5.4阻燃剂水滑石(LDHs)在200℃以下失去层间水，但其层间结构未被破坏；300℃以上碳酸根与羟基脱出，有二氧化碳生成；达到450℃以上时层间碳酸根阴离子完全转变为二氧化碳消失，LDHs插层结构不复存在。脱出的二氧化碳和水会吸收掉材料表面大量的热量，起到阻燃的作用，分解后的固体物有较大的比表面积和碱性，能吸收材料因燃烧释放的酸性气体和烟雾，从而发挥抑烟的作用。理想的阻燃剂耐久性较一般材料保持良好，但仍然存在损耗，有实验证明阻燃剂的浓度、溶解度以及环境温度等都对其使用有着很大的影响。江玉采用一种新的水滑石层间改性方法，即利用酸性小分子与水滑石层间的碳酸根反应成功制备了新型改性水滑石，将小分子阻燃结构引入层间，有效地提高了改性水滑石在EVA中的分散性和阻燃性能ADDINCNKISM.Ref.{AA469506BD1C43cd8D4266B613238F7F}[43]。闫启东等采用固相接枝反应的方法，以水滑石(LDHs)及γ–(2，3–环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH–560)、氯磷酸二苯酯和聚乙烯亚胺等为原料，合成了磷氮膨胀型水滑石阻燃剂(IFR–LDHs)，将IFR–LDHs添加到丙烯腈–丁二烯–苯乙烯塑料(ABS)中，提高了阻燃ABS复合材料的阻燃性能ADDINCNKISM.Ref.{894ED24A74804bf0A734870D57CF4DC5}[14]。除上述领域的应用外，其实还存在很多方向上的用途，比如：王君雅通过实验构建了类水滑石/碳基复合材料，在中温吸附CO2性能上做了深入的系统研究；通过类水滑石和不同碳材料制备纳米复合材料，合成出具备更强热稳定性和循环使用性、更高吸附性能的新型中温吸附CO2材料ADDINCNKISM.Ref.{D6BBF417BEBD437e8A88C3C9BD2FB3A1}[44]。梁瑞政用两类特殊的光学客体，与二维主体材料水滑石（LDHs）复合构筑了几种新型插层结构光功能材料ADDINCNKISM.Ref.{38B653F8C8044229837B147B9E8F237F}[45]，为水滑石复合材料在光功能领域做了很好的探索。关于制备LDH/G复合材料也有很多研究报道，这一类材料具备复合材料中各组分的优异性能，还能构筑成三维多孔结构，使得比表面积有所提高，活性位点有所增加，在催化、环境修复、能量储存和转换等领域有着重要应用价值ADDINCNKISM.Ref.{9795A9890D4346a8A009BB273F0AA3FE}[46]。6超级电容器随着社会的发展，能源耗尽（化石燃料等）和环境问题（全球变暖等）日益严重，这促使我们对可再生、清洁能源进行着不断的探索；并且，给人们提供了更加便捷的生活，结合了人工智能技术的便携式电子设备如智能手机，各种用途的机器人（扫地、取餐、送药机器人）等的迅速发展，需要具备一个良好高效的储能系统对其进行供应，以确保它们能够快速充电并在充电后能够长时间使用ADDINCNKISM.Ref.{4842D32D5BC4455c9589938747F25957}[47]。在各种储能和转换装置中，超级电容器（supercapacitor），也被称作电化学电容器（ElectrochemicalCapacitors），是在充电电池和传统电容器两者之间的一种新型储能装备，其容量可达几百至上千法拉，比之传统电容器容量大、能量高、工作温度范围广、使用寿命长；比之蓄电池，功率高、环境友好；是近年来人们发现的也是当前情境下人们所期望的储能装置。然而，超级电容器也存在着明显的缺点，即其能量密度很难满足我们生活中许许多多电子设备的需求，这阻碍了它们的进一步应用。目前，电极材料的选择成为影响超级电容器性能的关键。层状双氢氧化物（LDHs）由于其高氧化还原活性、环境友好以及低成本而被认为是极好的超级电容器（SCs）的电极材料，然而，因着低电导率和易于团聚的限制，阻碍了它们电化学性能的进一步提高。为了解决这些问题，人们开始对LDHs与高导电层或一些框架材料的结合进行不断的研究尝试。电池类材料的多样性成为材料和电化学领域的研究热点。然而，单电极材料的电化学性能往往不能很好地满足实际使用的需求。最近研究发现，由于不同类型的电池材料之间存在协同效应，将它们紧密接触在一起可能是一种很好的改善电池性能的策略。黄宗传采用剥离重堆积法将剥离开来的带正电荷的CAN-LDH-NS重堆积到带微量负电荷的rGO上，形成CAN-LDH-NS/rGO复合材料,具有良好的循环稳定性ADDINCNKISM.Ref.{16C202A5021D4d23A1F2B8E45FE452F2}[47]。碳基材料因其高速率、长寿命、易获得等优点，成为超级电容器研究的热点。但它的比电容是有限的，这限制了基于它的对称电池的能量密度。最近，一种新的系统得到了开发和大规模的研究，该系统采用碳基材料作为负极材料，而正极是伪电容材料，甚至是电池型材料，这种系统被称为非对称超级电容器或混合超级电容器ADDINCNKISM.Ref.{984F406C29B148b8AFDBC292D444F66E}[48-51]。

7LDHs在生物和医学上的应用7.1药物载体LDHs的基于层间客体阴离子可交换、层板带有正电荷的性质下而成为一种很好的生物或药物分子的载体。LDHs作为药物载体成为了很重要的研究方向，也有许许多多的研究在进行中，但是，距离真正应用于临床，实际发挥其作用还存在些许难题需要处理。镁铝LDHs已被美国FDA批准用于治疗胃酸过多,这