镁基水滑石：盐湖镁资源综合开发循环利用的研究重点

中国粉体网讯  我国拥有丰富的盐湖资源，富含锂、钾、钠、镁、硼、溴等，其中镁储量达数十亿吨，占全球镁资源的70%以上。每生产1吨钾或锂会副产上百吨镁，副产的镁盐附加值低，被大量堆弃，不仅严重制约着锂、钾等资源的开采，还引起了盐湖资源的浪费和不均衡开采。

随着国家对环保要求的提高，以及对资源综合利用和矿产资源均衡开采的不断重视，对镁的开发逐渐受到关注。制备具有高附加值的镁基功能材料，是实现镁资源高值化利用和盐湖资源均衡开采、综合利用的有效手段。而镁基水滑石是一类重要镁基功能材料，具有层板金属离子、层间客体阴离子种类、数量可调，材料尺寸形貌可调等性质，应用广泛，可用于制备系列高附加值产品。

什么是镁基水滑石？

水滑石(layered double hydroxides，LDHs)是一类二维阴离子层状材料，化学组成可表示为M1-x2+Mx3+(OH)2]x+[Ax/n]n-•mH2O。其主体层板与水镁石Mg(OH)2结构相似，由羟基配位八面体基元构成，该八面体的M2+部分被M3+取代，从而使层板带正电荷，常见的M2+和M3+有Mg2+、Cu2+、Co2+、Ni2+、Al3+、Fe3+等。

镁基水滑石指层板结构包含Mg2+的二元、三元或多元水滑石，其具有层板金属元素原子级分散、层板组成比例可调、插层阴离子可交换以及结构记忆效应等结构特点，由此可构筑多种镁基功能材料。

镁基水滑石的结构特点

镁基水滑石具有层板金属离子、层间客体阴离子种类、数量可调，材料尺寸形貌可调等性质。

(1)层板金属元素种类和比例可调，根据水滑石层板构筑原则，可以将部分Mg2+替换为Cu2+、Ni2+、Co2+等其他二价金属离子。

(2)镁基水滑石的层间具有极大的可调空间，可以插入无机阴离子、有机酸或碱、杂多或同多酸离子和生物分子等等。

(3)层板金属离子在晶格定位效应的作用下呈现原子水平上均匀排布、高分散的状态。将镁基水滑石前体在不同气氛(空气、氢气或氮气)和不同温度下焙烧，经结构拓扑转变过程，可以获得高分散、高稳定的MMOs或负载型金属纳米催化材料。

Mg基水滑石催化材料结构特点及应用示意图

镁基水滑石的应用

特殊的结构赋予其丰富的性质和广泛的应用，镁基LDHs及其衍生物材料作为一类重要的镁基功能材料，在工业催化、塑料、橡胶、生物、环境、纺织等领域具有重要的应用。

镁基水滑石及其衍生物的应用

镁基LDHs阻燃剂

作为无卤高抑烟阻燃剂，可广泛应用于塑料、橡胶、木材、涂料等领域。

镁基LDHs紫外阻隔材料

LDHs材料对紫外线具有反射、散射等物理屏蔽作用，可用于防护太阳光中的紫外线对人体皮肤以及塑料、橡胶、织物等高分子材料的光老化。

镁基LDHs催化剂及载体

Mg基LDHs直接作为催化剂时，主要应用于固体酸碱催化反应和超分子插层手性催化反应。此外，利用Mg基LDHs层间阴离子的可交换性，可将不同类型的无机阴离子、有机阴离子、同多或杂多酸阴离子等插入LDHs层间，得到同时具备插层阴离子特点和LDHs层板结构特点的双功能催化材料。

镁基LDHs及其衍生物吸附剂

LDHs及其焙烧产物LDO具有比表面积大、吸附容量高的特点，在水体环境污染治理领域具有重要的应用，可对有机污染物、重金属污染物、放射性元素、无机阴离子等进行吸附。

镁基LDHs在生物及医药方面的应用

镁基LDHs本身呈碱性可用于胃炎、胃溃疡、十二指肠溃疡等胃病治疗，其层间阴离子可交换的性质，可将药物分子布洛芬、萘普，以及农药等插层进入层间，实现药物分子的缓慢释放，成为新型药物缓蚀剂。还可以通过LDHs与磁性颗粒复合，在适当的外磁场引导下，渐渐把药物定向于靶位并释放，实现靶向用药。此外，利用LDHs更好的生物相容性在Ti表面原位生长LDHs，可得到生物相容性和成骨活性更好的材料，用于医学领域。

镁基LDHs热稳定剂

镁基LDHs还可以作为热稳定剂应用于PVC和PMMA等。

防腐材料

LDHs可用作金属防腐材料，其防腐的应用主要分为两种。一种是作为颜料添加至涂层中；另一种是在金属基底上原位生长。

其他应用

镁基LDHs可用作CO2捕获材料、气体阻隔材料、插层颜料/染料。此外将Mg基LDHs与多种材料进行杂化或复合，如硫化物、氧化物、MOFs、石墨烯及其衍生物、碳纳米管等构筑镁基水滑石复合材料具有重要意义。该类复合材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使其综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。

小结

制备具有高附加值的镁基功能材料，是实现镁资源高值化利用和盐湖资源均衡开采、综合利用的有效手段。目前镁基LDHs在一些领域中已经实现了工业化应用，然而大部分应用还处于实验室阶段。所以，加快实现镁基LDHs的工业化应用，拓展镁基LDHs应用新方向，探索镁基LDHs绿色制备工艺，是今后工作的重点和难点。

参考资料：

樊发英等.镁基水滑石的应用及制备研究进展

高娃等.镁基水滑石催化材料的研究进展

（中国粉体网编辑整理/黑金）

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