چهار فناوری اصلی اصلاح هیدروتالسیت

هیدروتالسیت (هیدروکسیدهای دو لایه، LDHs) یک ماده کاربردی حامل معدنی لایه‌ای است، آنیون‌های بین لایه‌ای قابل تعویض هستند و مقدار و نوع آن را می‌توان به صورت استراتژیک با توجه به نیازهای واقعی تنظیم کرد. ویژگی های دناتوراسیون قابل تنظیم این ترکیب و ساختار LDH ها آنها را به یکی از مواد با پتانسیل تحقیقاتی و چشم انداز کاربردی در زمینه های کاتالیز صنعتی، فوتوالکتروشیمی، رهاسازی دارو، اصلاح پلاستیک و تصفیه فاضلاب تبدیل می کند.

از آنجایی که LDH ها مواد معدنی بسیار آبدوست هستند و فاصله بین لایه ای ساختار لایه ای کوچک است، سازگاری با پلیمرها ضعیف است و پراکندگی LDH در مقیاس نانو به راحتی قابل دستیابی نیست. علاوه بر این، تبادل پذیری آنیون ها بین لایه های LDH باعث می شود LDH های اصلاح شده دارای خواص عملکردی خاصی باشند. بنابراین، LDH ها باید برای بهبود خواص سطحی و گسترش دامنه کاربرد اصلاح شوند.

روش های اصلاح بسیاری برای LDH ها وجود دارد و روش مناسب را می توان با توجه به خواص مورد نیاز و زمینه های کاربردی مواد مصنوعی انتخاب کرد. از این میان، متداول ترین روش های مورد استفاده عمدتاً شامل روش هم رسوبی، روش سنتز هیدروترمال، روش تبادل یونی و روش بازیابی بو دادن می باشد.

1. روش بارش همزمان

رسوب همزمان متداول ترین روش مورد استفاده برای سنتز LDH ها است. محلول آبی مخلوط حاوی نسبت معینی از کاتیون های فلزی دو ظرفیتی و سه ظرفیتی را به محلول قلیایی اضافه کنید، مقدار pH سیستم را کنترل کنید، دمای معینی را حفظ کنید، تحت هم زدن ثابت و سریع واکنش دهید تا محلول رسوب کند و به پیری رسوب ادامه دهید. برای یک دوره زمانی، و سپس فیلتر، شسته و خشک می شود تا LDHs جامد به دست آید. معمولاً از نیترات ها، کلریدها، سولفات ها و کربنات ها می توان به عنوان نمک های فلزی استفاده کرد و قلیاهای معمولی را می توان از هیدروکسید سدیم، هیدروکسید پتاسیم و آب آمونیاک انتخاب کرد. روش هم‌رسوبی دارای مزایای روش فرآیند ساده، دوره سنتز کوتاه، کنترل آسان شرایط و دامنه کاربرد وسیع است. ترکیبات و انواع مختلفی از LDH ها را می توان با استفاده از آنیون ها و کاتیون های مختلف تهیه کرد.

2. روش هیدروترمال

به طور کلی، روش هیدروترمال نیازی به عملیات حرارتی بالا ندارد و می تواند ساختار کریستالی محصول را برای به دست آوردن LDH با ساختار لایه ای آشکار کنترل کند. این مخلوط در اتوکلاو قرار داده شد و در دمای معین، واکنش‌های استاتیکی با مدت‌های مختلف برای به دست آوردن LDH انجام شد.

3. روش تبادل یونی

روش تبادل یونی مبادله آنیون های بین لایه ای LDH های موجود با سایر آنیون های مهمان برای به دست آوردن نوع جدیدی از ترکیب LDH های مهمان است. تعداد و نوع آنیون های بین لایه ها را می توان با توجه به خواص مورد نظر تنظیم کرد. آنیون مهمان، محیط تبادل، pH و زمان واکنش همگی تأثیر زیادی بر فرآیند تبادل یونی دارند.

4. روش بازیابی بو دادن

روش بازیابی بو دادن به دو مرحله تقسیم می شود. LDH ها ابتدا در دمای بالا در دمای 500 تا 800 درجه سانتیگراد کلسینه شدند، و بین لایه های CO32-، NO3- یا دیگر مولکول های آنیون آلی را می توان پس از فرآیند تکلیس حذف کرد. ساختار لایه ای برای به دست آوردن اکسیدهای دو لایه (LDO) فرو ریخت. سپس، با توجه به اثر حافظه LDO، آنیون‌ها را جذب می‌کند تا در محلول آبی به LDH ها تبدیل شود. مزیت روش بازیابی کلسینه این است که هیدروتالسیت آنیونی مورد نظر را می توان به صورت هدفمند به دست آورد و می تواند رقابت با آنیون های آلی را از بین ببرد، مقاومت اسیدی را بهبود بخشد و در محدوده pH وسیع تری اعمال شود. همچنین باید در نظر داشت که دمای کلسینه بیش از حد بالا ممکن است ساختار لایه ای هیدروتالسیت را از بین ببرد. علاوه بر این، باید به غلظت محیط آنیونی در طول بازیابی توجه شود.