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摘 要

水滑石(Mg₆Al₂(OH)₁₆(CO₃)₄H₂O)，又称镁铝层状双氢氧化物(LDH)或阴离子粘土，它是一种合成化合物，在近年来得到普遍的研究。它在处理重金属污染土壤的环境保护方面有着广泛的发展前景。本文首先介绍了镁铝类水滑石的研究背景、功能和结构；并阐述了镁铝水滑石的各项性能；然后介绍了几种实验方法将含镁铝的矿物组分（氧化镁和偏高岭土）在合适的条件下（比如温度、PH等）合成镁铝类水滑石，例如养护箱养护、水热、水浴搅拌等方法，通过比较它们最终合成的镁铝水滑石衍射峰，来研究出一种全新的与机械合成相类似的镁铝类水滑石合成方法，此方法致力于高效、节能的合成过程，推动其在污染物治理中的应用，特别是利用它本身的吸附性能应用于重金属污染的土壤和水环境的治理方面。最后将这几种实验方法进行结果分析，总结出这种新的合成方法带来的优势和未来的发展前景。

关键词：镁铝类水滑石 养护 水热法 水浴搅拌

ABSTRACT

Hydrotalcite(Mg₆Al₂(OH)₁₆(CO₃)₄H₂O), also known as magnesium aluminum layered double hydroxide (LDH) or anionic clay, is a synthetic compound, which has been widely studied in recent years. It has a broad development prospect in the environmental protection of soil contaminated by heavy metals. Firstly, the background, function and structure of mg-al hydrotalcite are introduced. The properties of magnesium aluminum hydrotalcite are described. Then introduces several experimental methods of magnesium aluminum mineral composition (magnesium oxide and metakaolin) under the right conditions (such as temperature, PH, etc.) synthesis of magnesium aluminium hydrotalcite, such as maintenance and maintenance, water, heat, water bath mixing method, by comparing their final synthesis of magnesium aluminium hydrotalcite diffraction peak, to research a kind of brand-new and similar magnesium aluminum mechanical synthetic hydrotalcite synthesis methods, this method is devoted to the synthesis process of high efficiency, energy saving, promote its application in the pollutant, especially using itself adsorption performance is applied to heavy metal pollution of soil and water environment governance. Finally, the results of these experimental methods are analyzed, and the advantages and prospects of the new synthesis method are summarized.

KEYWORDS:Magnesia-aluminum hydrotalcite;Maintenance;Hydrothermal method;Water bath stirring

目 录

摘 要 Ⅰ

ABSTRACT Ⅱ

第一章 引言 1

1.1镁铝类水滑石的研究背景 1

1.2镁铝类水滑石的结构和吸附原理 2

1.2.1镁铝类水滑石的结构 2

1.2.2镁铝类水滑石的吸附原理 2

1.3镁铝类水滑石的性质 2

1.4镁铝类水滑石的制备方法 3

第二章 实验方案 5

2.1不同镁铝源对实验的影响 5

2.2合成条件对水滑石合成的影响 9

2.3碱浓度对水滑石合成的影响 11

第三章 实验结果和分析 13

3.1不同镁铝源对实验的影响 13

3.2合成条件对水滑石合成的影响 16

3.3碱浓度对水滑石合成的影响 18

第四章 结论与展望 20

4.1不同镁铝源对实验的影响 20

4.2合成方法对实验的影响 20

4.3 碱浓度对实验的影响 20

4.4 展望 21

参考文献 23

致谢 26

第一章 引言

1.1镁铝类水滑石的研究背景

重金属污染是当今社会一个很普遍的环境问题，它严重威胁着人类的健康和生态系统，这种威胁现在已经对我们的日常生活产生了一定的影响[1]。据报道，重金属因其在自然水和土壤生态系统中的毒性和流动性而成为优先污染物。重金属离子是稳定并且持久的环境污染物，因为它们不会被降解或破坏。重金属污染土壤和水的环境治理是环保科学技术的热门话题。土壤污染是一个广泛的问题，通常是由现场不同工业活动引起的，对受污染土地的修复通常被视为一个可持续过程，因为它鼓励土地的循环利用和城市地区的再生，从而尽量减少绿地的开发，从而增加对环境的保护。同时，目前已经建立了许多理论和技术来处理含重金属废水[2]，如沉淀[3]，凝结[4]，反渗透[5]，离子交换[6]和吸附[7]。吸附已被证明是处理工业废水排放的一个很好的建议，提供了诸如低成本，可用性，盈利性，操作简单性和效率等显着优势。吸附过程意味着存在吸附固体，其通过物理吸引力，离子交换和化学结合来结合离子。

层状双氢氧化物（简称为LDH），也被称为类水滑石化合物或阴离子粘土。近几十年来，由于其特殊的结构和独特的性质，它们受到了相当多的关注[8]，[9]。这其中最为典型的LDH化合物是镁铝碳酸根型水滑石。目前已经研究了LDH在广泛的重要领域中的潜在用途，包括催化[10]，[11]，生物医学科学[12]。在医学应用中，最近的研究[13]集中在从LDH材料中插入和控制释放活性药物化合物[14]，利用它们的可变化学成分，插入阴离子药物的能力和其它性能。此外，人们对利用LDH去除环境污染物也有相当大的兴趣，同时也在LDH的环境应用方面取得了重大进展，目前LDH作为环境催化剂主要应用于通过吸附或离子交换过程去除有机和无机废物以及无机污染物的吸附剂[15]，[16]。

在自然环境中，LDH矿物质对于吸附重金属离子具有重要作用[17]。二价阳离子可被氧化铝吸附并形成类水滑石矿物，如Ni-Al LDH[18]和Zn-Al LDH[19]。该过程可以显着减少含水层中的重金属浓度，以及随后的迁移和生物利用度。层状双氢氧化物可以与阴离子化合物强烈相互作用，从而有助于污染土壤中有机物的积累和储存。所以，研究镁铝类水滑石的合成及其在吸附环境污染物中的重金属离子中体现的作用对今后的社会环境的提高有很大的积极效应[20]。

1.2镁铝类水滑石的结构和吸附原理

1.2.1镁铝类水滑石的结构

在LDHs化合物中，镁铝碳酸根型水滑石是最具有代表性的，其化学组成通常表示为Mg₆Al₂(OH)₁₆·4H₂O,结构类似于水镁石(Mg(OH)₂)。LDH由[M ² _（1-X）M ³ _（X）（OH）₂] ^X （A ^{m -}）_X/m ∙mH₂O表示，二价和三价金属阳离子分别用M² 和M³ 表示。这些M² 和M³ 物质来自各自的二价和三价金属盐，其用于合成所需的LDH化合物，X的值等于M³ /(M² M³ )的摩尔比，而A是具有化合价为m的层间阴离子，LDHs的结构是以带正电荷的水镁石样片层为基础的，正电荷通过水合层间区的阴离子插层来平衡[21]。

1.2.2镁铝类水滑石的吸附原理

重金属离子可以LDHs为主体通过以下几种途径[22]除去：（1）金属氢氧化物沉淀到LDHs表面。（2）重金属离子通过与LDHs表面羟基的结合吸附。（3）同种结构替换。（4）层间功能配体螯合重金属离子。如图1所示：

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