水滑石的功能化改性及其應(yīng)用研究*

吳 憂(yōu)，秦路彥，王艷華，郭新成，陳少棚，陳曉浪

(材料先進(jìn)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西南交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，成都 610031)

0 引言

水滑石類(lèi)化合物材料(LDHs)是由層狀雙金屬氫氧化物插層組裝而成的一系列超分子材料，又稱(chēng)層狀陰離子型化合物，最早由Hochstetter于1842年在瑞典的片巖地層中發(fā)現(xiàn)，其結(jié)構(gòu)類(lèi)似于水鎂石Mg(OH)2，是由帶正電荷的層板和層間的陰離子通過(guò)非共價(jià)鍵連接而成的化合物，圖1a為L(zhǎng)DHs結(jié)構(gòu)示意圖[1]。

圖1 LDHs的結(jié)構(gòu)示意圖(a)和近年來(lái)在科研論文中的記錄(b)和被引情況(c)[1]

自然界中的LDHs類(lèi)化合物礦石儲(chǔ)量很少，且自然形成的LDHs礦石成分復(fù)雜，不易去除雜質(zhì)，因而，常采用人工的方法來(lái)合成。常用LDHs的制備方法有共沉淀法、水熱合成法、離子交換法、焙燒復(fù)原法。除這些外，還采用成核-晶化法、溶膠-凝膠法以及微波照射法等。LDHs類(lèi)化合物由于其獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)，既具有層間陰離子可交換性，又具有層板陽(yáng)離子的同晶取代性，故常通過(guò)改變其離子種類(lèi)來(lái)合成不同類(lèi)型的LDHs，賦予其不同性能。其良好的組織和結(jié)構(gòu)的可調(diào)控性，使其逐漸受到人們關(guān)注和重視(圖1b和c)。另一方面，因其優(yōu)良的化學(xué)性能，如催化性、吸附性以及阻燃性則使其廣泛應(yīng)用于催化、離子交換與吸附、阻燃以及醫(yī)藥抗菌等領(lǐng)域。本文主要對(duì)LDHs類(lèi)化合物多功能改性進(jìn)行了綜述，介紹了改性L(fǎng)DHs的制備方法以及其在催化、吸附、阻燃和抗菌領(lǐng)域的應(yīng)用情況，并展望了LDHs材料未來(lái)的發(fā)展及研究方向。

1 催化功能LDHs的改性研究

為了滿(mǎn)足可持續(xù)發(fā)展和綠色化學(xué)的要求，尋找具有高催化活性和長(zhǎng)壽命周期的催化劑成為了眾多研究人員的關(guān)注重點(diǎn)。LDHs因具有特殊的層狀結(jié)構(gòu)、記憶效應(yīng)(在一定條件下熱分解的LDHs, 其產(chǎn)物在重新吸收各種陰離子或者簡(jiǎn)單置于空氣中可恢復(fù)原來(lái)的層狀結(jié)構(gòu))，同時(shí)兼具酸堿性，被廣泛應(yīng)用于諸多催化領(lǐng)域。近年來(lái)，研究人員通過(guò)對(duì)LDHs進(jìn)行表面改性或雜化改性，獲得了不同類(lèi)型的LDHs催化劑，在反應(yīng)性能提升、有害物質(zhì)的降解以及特定物質(zhì)的合成上都發(fā)揮了很大的作用。

LDHs層間陰離子可交換性是其在進(jìn)行改性時(shí)最受人關(guān)注的性能，利用該性能對(duì)LDHs功能性客體進(jìn)行插層，調(diào)節(jié)LDHs層板間距，可獲得較高催化性能材料。王豪[2]等通過(guò)改變離子交換溫度和時(shí)間合成了具有不同層間距的磷鎢酸(HPW)插層 MgAl LDHs，并研究其對(duì)模型原油的催化酯化脫酸性能。結(jié)果表明，高溫有利于形成較大的層間距，長(zhǎng)的交換時(shí)間有利于形成較小的層間距；較大的層間距能夠促進(jìn)反應(yīng)物擴(kuò)散，提高催化酯化脫酸性能。蔣維[3]等用離子交換法將以缺位雜多酸根離子為配體的稀土雜多配陰離子插層組裝到LDHs層板間，合成了一種具有大的層間距(3.37 nm)的超分子插層材料，然后對(duì)其催化性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，ZnAl-Ce (PMoV)2對(duì)乙酸與正丁醇的酯化反應(yīng)、二甘醇的脫水一環(huán)化反應(yīng)及環(huán)己烷的氧化反應(yīng)均具有較高的催化活性和選擇性, 且其催化性能優(yōu)于未插層的KCe(PMoV)2和預(yù)撐前體ZnAl-14A。除插層外，還可利用LDHs的幾何效應(yīng)促進(jìn)反應(yīng)性能提升。王慧敏[4]等便利用LDHs這特有的記憶效應(yīng)，制備了一系列摻雜鎵、銦的鈣鋁LDHs催化劑，并將其應(yīng)用于羥醛縮合反應(yīng)中，以探討其催化活性。最終發(fā)現(xiàn)所獲得的re-Ca4Al0.90Ga0.10-LDH對(duì)羥醛縮合反應(yīng)表現(xiàn)出最佳活性，其催化效果甚至與液體堿催化劑水平相當(dāng)。

在物質(zhì)的合成上，LDHs同樣有用武之地。孫新凱等[8]采用共沉淀法制備了CZA-LDHs前驅(qū)體，使用配體助劑對(duì)催化劑前驅(qū)體進(jìn)行改性，經(jīng)焙燒后獲得Cu-Zn-Al復(fù)合金屬氧化物(CZA-LDO)催化劑，并考察其在CO2加氫制甲醇反應(yīng)中的催化性能。實(shí)驗(yàn)證明，與Cu-Zn-Al-LDHs前驅(qū)體相比，配體助劑可提高催化劑的比表面積和吸附能力，從而提升CO2的轉(zhuǎn)化率，達(dá)到促進(jìn)甲醛合成的目的。王軍等[9]通過(guò)共沉淀法制備了MgAl LDHs后又使用超聲法合成了KF負(fù)載的Mg3Al1-LDHs前體，煅燒后獲得一系列KF/Mg3Al1-LDO催化劑。將該催化劑用于碳酸二甲酯和乙二醇酯交換合成碳酸乙烯酯的反應(yīng)中，考察了KF/Mg3Al1-LDO的催化性能。證明了KF/Mg3Al1-LDO催化劑在該酯交換反應(yīng)中表現(xiàn)出良好的催化性能?；谏鲜鯨DHs改性的研究，改性后LDHs的催化性能較未改性前均有很大程度的提升。利用插層或幾何效應(yīng)改性獲得的LDHs對(duì)某些化學(xué)反應(yīng)的催化效果甚至達(dá)到液體堿催化劑水平。在催化有害物質(zhì)的分解和物質(zhì)的合成中，改性L(fǎng)DHs催化劑更顯示出高催化性、良好穩(wěn)定性及可重復(fù)性等特點(diǎn)。因此，通過(guò)對(duì)LDHs進(jìn)行改性以提升其催化性能，為獲得更高效更穩(wěn)定的催化劑提供了研究方向。

2 吸附功能LDHs的改性研究

圖2 LDHs晶體演化過(guò)程的示意圖[11]

還可通過(guò)在LDHs中引入新物質(zhì)，在LDHs層間陰離子與重金屬離子產(chǎn)生共沉淀時(shí)，這種新物質(zhì)與重金屬離子同樣產(chǎn)生沉淀反應(yīng)，從而顯著提高吸附性能。Zhang等[12]采用共沉淀法制備半胱氨酸(半胱氨酸)L-cysteine (Cys) 插層MgAl LDHs，制備了MgAl-Cys-LDHs復(fù)合材料。研究者發(fā)現(xiàn)了其吸附機(jī)理：引入Cys會(huì)導(dǎo)致金屬硫化物沉淀以及重金屬離子和官能團(tuán)之間的表面絡(luò)合，從而顯著增強(qiáng)了對(duì)重金屬離子的吸附性能，圖3為MgAl-Cys-LDHs復(fù)合材料對(duì)重金屬離子的吸附過(guò)程。

圖3 MgAl-Cys-LDH復(fù)合材料對(duì)重金屬離子的吸附過(guò)程[12]

Chen等[13]使用水熱法，以檸檬酸鈉鹽為負(fù)離子源，插入層雙氫氧化物以進(jìn)行功能增強(qiáng)改性，制備檸檬酸-MgAl LDHs新型材料。檸檬酸-LDHs具有高去除鉛離子的能力，可用于鉛污染的凈化。研究發(fā)現(xiàn)，將螯合劑引入LDHs，也可使之對(duì)重金屬離子的吸附增強(qiáng)[13]。引入螯合劑后，制得的復(fù)合物對(duì)重金屬離子能產(chǎn)生較強(qiáng)的螯合作用，起到協(xié)同增效的作用，和單-LDHs組分相比，這種復(fù)合材料能在一定程度上明顯提高吸附性能。徐芳等[14]采用共沉淀法合成了MgAl-CO3LDHs，以其為前體，采用離子交換法制備出了MgAl-EDTA柱撐LDHs，并以L(fǎng)DHs前體及柱撐LDHs為吸附劑，對(duì)模擬廢水中的Cd2+進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)，比較兩者對(duì)水中Cd2+的吸附能力。結(jié)果表明，柱撐LDHs對(duì)Cd2+的吸附效果顯著優(yōu)于LDHs前體。

LDHs在無(wú)機(jī)離子吸附方面同樣具有優(yōu)勢(shì)。廢水中的硫酸根離子、磷酸根離子都是污染物質(zhì)。其中硫酸根離子一般通過(guò)添加固體氫氧化鈣沉淀石膏來(lái)沉淀去除，但如果不加凝結(jié)劑，其所形成的沉淀物通常需要很多時(shí)間來(lái)沉降且氫氧化鈣溶解度有限，去除硫酸根效果不理想。為了提高對(duì)硫酸根離子的去除效果， Maziarz等[15]通過(guò)研究LDH添加劑量、Ca(OH)2添加劑量、使用Ca(OH)2和LDHs物理共混物以及在用Ca(OH)2沉淀后再使用LDHs等方法對(duì)AMD水中硫酸鹽去除效果的影響，發(fā)現(xiàn)了去除AMD水中硫酸鹽的新方法，即使用Ca(OH)2和LDHs的物理共混物對(duì)AMD水進(jìn)行處理，該方法通過(guò)同時(shí)進(jìn)行沉淀和吸附，使得其具有更高的硫酸鹽去除效率。對(duì)于磷酸根，程福龍等[16]采用共沉淀法制備Mg/Fe類(lèi)LDHs(Mg/Fe-hlc)除磷吸附劑，并了解了其對(duì)廢水中磷酸根的吸附行為及其吸附機(jī)理。認(rèn)為吸附過(guò)程主要涉及靜電吸引、配體交換和陰離子交換3種作用機(jī)制，圖4為Mg/Fe-hlc對(duì)磷酸根的吸附機(jī)理示意圖[16]。

圖4 Mg/Fe-hlc對(duì)磷酸根的吸附機(jī)理示意圖[16]

LDHs在染料吸附上也有較多應(yīng)用研究。Mahmoud等[17]提出了一種可調(diào)節(jié)的Zn/Al/鎵酸鹽層狀雙氫氧化物/聚苯乙烯納米纖維(Zn/Al/GA LDHs/PSNFs)可控設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)便有效方法。采用共沉淀法制備出Zn/Al/GA LDHs/PSNFs，并對(duì)其吸附孔雀石綠(MG)染料情況進(jìn)行探究。研究表明Zn/Al/GA LDHs/PSNFs材料對(duì)MG染料保有較大的吸附效率，可作為MG染料的良好吸附劑。陳靜等[18]采用一步法制備了十二烷基硫酸鈉插層鎂鋁類(lèi)LDHs (SDS-HTLc)，考察了SDS-HTLc 吸附堿性品紅的效果，得出其最佳吸附工藝，研究得出SDS-HTLc對(duì)品紅具有高效的吸附性能。吳永娟等[19]采用恒pH沉淀法制備了不同鎂鐵物質(zhì)的量比(x)的4種類(lèi)MgxFe-LDHs，并在450 ℃煅燒得到 MgxFe-cLDHs。通過(guò)詳細(xì)研究Mg/Fe物質(zhì)的量比對(duì)Mg-Fe類(lèi)LDHs吸附甲基橙(MO)的影響，發(fā)現(xiàn)，隨著鎂含量的增加MgxFe-cLDHs的分散程度呈現(xiàn)先增加后下降的過(guò)程，當(dāng) Mg/Fe物質(zhì)的量比為2.26時(shí)具有理想的純度和分散程度(圖5中a-h為不同鎂鋁量比的MgxFe-cLDHs的掃描電鏡圖)[19]。進(jìn)一步研究表明，Mg2.26Fe-cLDHs對(duì)甲基橙MO具有最大的飽和吸附量，而競(jìng)爭(zhēng)陰離子對(duì)該吸附無(wú)明顯影響，故證明Mg2.26Fe-cLDHs對(duì)MO產(chǎn)生選擇性吸附。

圖5 MgxFe-cLDHs的掃描電鏡圖[19]

二維LDHs納米片的大小和堆疊會(huì)大大減小其表面積，減少了吸附染料離子的活性位，且會(huì)導(dǎo)致顆粒團(tuán)聚，降低了LDHs的可重復(fù)使用性。為了解決上述問(wèn)題，研究者們開(kāi)始研究制造一種三維LDHs。Saghir等[20]以ZIF-67為模板制備了新型的由納米片修飾的納米立方體組成的分層多孔咪唑分子篩骨架- 67@層狀雙氫氧化物(ZIF-67@LDHs)，并探究了其對(duì)甲基橙(MO)和茜草紅(ARS)的吸附效率和吸附率。結(jié)果表明ZIF-67@LDHs具有更大的表面積和中孔結(jié)構(gòu)，能夠以更高的成本效益從廢水中吸附各種染料。LDHs在吸附領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛，與單-LDHs組分相比，改性復(fù)合材料可同時(shí)利用單-LDHs和復(fù)合物質(zhì)對(duì)離子或染料進(jìn)行沉淀和吸附，從而顯著提高其吸附性能。同時(shí)，通過(guò)對(duì)改性復(fù)合材料配比進(jìn)行調(diào)控，還可使其產(chǎn)生選擇性吸附，以達(dá)到定向吸附的目的。高婭玲等[21]采用共沉淀法合成鎂鋁-LDHs，經(jīng)400°C焙燒后得其焙燒產(chǎn)物 LDO，并通過(guò)靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)研究了LDO對(duì)諾氟沙星的吸附性能。由圖6可看出，焙燒后的LDO結(jié)構(gòu)更為疏松，這使得比表面積和吸附位點(diǎn)增加，有利于對(duì)諾氟沙星的吸附。

圖6 LDHs (a)和LDO (b)的SEM形貌[21]

3 阻燃功能LDHs的改性研究

LDHs結(jié)構(gòu)內(nèi)含有結(jié)構(gòu)水、且層間有碳酸根，在受熱時(shí)會(huì)以水和二氧化碳的形式析出釋放，可稀釋空氣中的氧氣，同時(shí)LDHs分解時(shí)會(huì)吸收熱量，可降低材料表面溫度。而且LDHs的吸附性能還能使其產(chǎn)生一定的抑煙作用。LDHs由于具有以上優(yōu)良的性質(zhì)，一些研究者發(fā)現(xiàn)其具有阻燃性能并將其應(yīng)用到阻燃領(lǐng)域中[22]。但LDHs作為無(wú)機(jī)阻燃劑存在添加量大、阻燃效率差和與聚合物基體相容性差等問(wèn)題，這限制了其在阻燃領(lǐng)域的發(fā)展。因此，如何對(duì)LDHs進(jìn)行雜化改性以改善其阻燃性能成為了研究者們關(guān)注并研究的重點(diǎn)。

LDHs最被人熟知的是其獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)，其層間陰離子具有可交換性、層板陽(yáng)離子也具有同晶取代性，因此常通過(guò)調(diào)控LDHs主體層板陽(yáng)離子或客體層間陰離子，引入具有阻燃性的元素或離子，以達(dá)到提高阻燃效果的目的。馬礪等[23]采用共沉淀法分別制備出了Zn-Mg-Al-LDHs與含有稀土元素La改性Zn-Mg-Al-La-LDHs阻燃劑樣品，并研究了LDHs及含稀土元素La改性L(fǎng)DHs對(duì)硅橡膠泡沫材料(SRF)阻燃及抑煙性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，含稀土元素LDHs的SRF阻燃體系能提高膨脹炭層的致密度和強(qiáng)度以及膨脹阻燃效率，同時(shí)顯著降低了SRF材料的熱釋放速率(HRR)和煙釋放速率(SPR)，具有優(yōu)良的阻燃性能。王松林等[24]通過(guò)陰離子交換法制備了衣康酸插層、鈦酸酯偶聯(lián)劑 NDZ-201 附著的復(fù)合改性L(fǎng)DHs，然后采用熔融共混法獲得了阻燃性能和力學(xué)性能較好的 ITA-LDHs 改性的聚丙烯(PP)復(fù)合材料。發(fā)現(xiàn)此種復(fù)合材料結(jié)構(gòu)可使衣康酸、鈦酸酯偶聯(lián)劑在LDHs上的團(tuán)聚程度明顯得到改善，從而提高阻燃效果和力學(xué)性能；而且，當(dāng)添加量相同時(shí)，ITA-LDHs改性PP的極限氧指數(shù)LOI和力學(xué)性能均明顯優(yōu)于添加未改性L(fǎng)DHs PP。

隨著人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展，阻燃材料沿著高效、綠色、環(huán)境友好的方向發(fā)展，單一阻燃劑將無(wú)法滿(mǎn)足材料的高性能需求。因此，研究者將LDHs與其它型阻燃劑進(jìn)行復(fù)配，發(fā)揮其協(xié)同效應(yīng)，以此來(lái)提高阻燃效率。Xu等[25]發(fā)現(xiàn)，將一種含氮和硫陰離子(三嗪磺酸鹽)阻燃劑直接插入Mg/Al LDHs的中間層中可以提高其阻燃性能。將此含氮和硫的阻燃劑(LDHs-NS)用于PP基體，獲得的PP/LDHs-NS復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性會(huì)得到增強(qiáng)，其熱釋放速率峰值(PHRR)、總熱釋放速率(THR)和總煙釋放速率(TSR)與純PP相比也均有下降。張小博等[26]通過(guò)分子設(shè)計(jì)，用對(duì)硝基苯酚氯化磷與Si-Ni-MgAl/LDHs 反應(yīng)制備得到了一種磷-氮-硅協(xié)同阻燃材料，并對(duì)其分子結(jié)構(gòu)和熱性能進(jìn)行表征。結(jié)果表明，隨阻燃材料添加量的增加，阻燃劑表面可形成致密的碳層，阻止了外面熱量進(jìn)入到材料內(nèi)部，使燃燒難以持續(xù)。因此，磷-氮-硅復(fù)合阻燃材料的添加可顯著提高聚氨酯材料的阻燃性能。羅興等[27]將有機(jī)蒙脫土(OMMT)和LDHs分別與膨脹阻燃劑(IFR)構(gòu)成阻燃體系，對(duì)長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)PP(LGFPP)復(fù)合材料進(jìn)行阻燃。因LDHs主要以分解釋放出水蒸氣和CO2，稀釋可燃性氣體濃度，降低體系溫度來(lái)減緩燃燒，故可提高LGFPP的阻燃性能。但相比于以炭層阻隔機(jī)制為主的IFR/OMMT體系，IFR/LDHs對(duì)LGFPP復(fù)合材料阻燃性能的改善并不及前者。湯連東等[28]采用[PW12O40]3-離子柱撐插層共沉淀法合成的 ZnAl硝酸根(NO3-ZnAl)層狀雙金屬氫氧化物，制備了PW12O40-ZnAl LDHs，并將其和NO3-ZnAl LDHs分別與含聚磷酸銨、三聚氰胺、季戊四醇的IFR復(fù)合成阻燃環(huán)氧-聚酰胺樹(shù)脂(EP-PA)。通過(guò)對(duì)上述兩種阻燃劑進(jìn)行阻燃性檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，PW12O40-ZnAl LDHs能提高IFRs/(EP-PA)復(fù)合材料高溫下的抗氧化能力以及耐火能力，更能有效地減少EP-PA的熱量釋放，抑制煙氣生成，阻燃性能好。付萬(wàn)璋等[29]采用低相對(duì)分子質(zhì)量聚丁烯(LMPB)對(duì)具有阻燃性能的LDHs進(jìn)行表面包覆改性制備出改性L(fǎng)DHs，并通過(guò)熔融共混法獲得聚乙烯(PE)/LDHs阻燃復(fù)合材料和PE/改性L(fǎng)DHs阻燃復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn)，LMPB的增容和增塑作用使得改性L(fǎng)DHs在 PE基體中的分散良好，PE/改性L(fǎng)DHs阻燃復(fù)合材料的各項(xiàng)性能均優(yōu)于PE/LDHs阻燃復(fù)合材料的結(jié)論。通過(guò)調(diào)變前驅(qū)體LDH的層板組成、層間離子的比例以及復(fù)合阻燃劑的種類(lèi)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)改性L(fǎng)DHs復(fù)合材料的有效調(diào)控，合成多種新型阻燃劑。與單一阻燃劑相比，LDHs與其他類(lèi)型阻燃劑進(jìn)行復(fù)配獲得的阻燃劑具有較好的耐火能力，且該類(lèi)材料不易團(tuán)聚，穩(wěn)定性也很高，作為阻燃劑擁有很大的發(fā)展空間。

4 抗菌功能LDHs的改性研究

LDHs具有一定的抑菌性能，利用其本身特性引入具有抗菌性的離子，可使其抗菌性能得到改善。近年來(lái)，Peng等[30]便通過(guò)共沉淀法制備出了4種不同的LDHs(Mg-Al, Mg-Fe, Zn-Al和Zn-Fe)，并使用兩種不同的細(xì)胞系評(píng)估LDHs懸浮液和LDH 提取物對(duì)細(xì)菌(大腸桿菌和金黃色葡萄球菌)的影響，以獲得較高抗菌性能的LDHs。結(jié)果表明，Mg-Al LDHs和Mg-Fe LDHs具有更好的細(xì)胞相容性，而Zn-Al LDHs和Zn-Fe LDHs在相對(duì)較低的濃度下具有優(yōu)異的抗菌能力。同時(shí)說(shuō)明LDHs結(jié)構(gòu)中的離子對(duì)其抗菌性能有較大影響[30]。

與其他抗菌劑相比，單獨(dú)將LDHs用于抗菌時(shí)抗菌效果還未達(dá)到人們期望。通過(guò)改變LDHs結(jié)構(gòu)中離子類(lèi)型雖可改善其抗菌性能，但這種改善遠(yuǎn)不如改性后的LDHs?；诒砻娓男曰螂s化改性的策略，通過(guò)插層等操作對(duì)LDHs進(jìn)行有機(jī)結(jié)構(gòu)修飾，然后再與其他抗菌劑或抗生素進(jìn)行復(fù)合可以獲得更加穩(wěn)定、高效的抗菌劑。Munhoz等[32]通過(guò)結(jié)構(gòu)重建成功地將SDZ嵌入到Mg-Al-LDHs中，獲得了一種高效抗菌復(fù)合材料。經(jīng)體外抗菌測(cè)試發(fā)現(xiàn)，負(fù)載有1和5%質(zhì)量Mg-Al-LDH/SDZ的海藻酸鹽膜對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和腸炎沙門(mén)氏菌具有抑制作用，該膜對(duì)革蘭氏陽(yáng)性和革蘭氏陰性細(xì)菌具有優(yōu)異的抗菌潛力。Mahmoud等[17]采用共沉淀法制備出Zn/Al/GA LDHs/PSNFs后，研究了該物質(zhì)對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌和革蘭氏陰性菌的抗菌活性。研究顯示，所制備的納米材料Zn/Al LDHs、PSNFs和Zn/Al/GA LDHs/PSNFs在吸附Cu2+金屬離子和MG染料后，對(duì)革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽(yáng)氏菌均顯示出良好的殺菌性能。

合適的納米載體與抗生素復(fù)合后產(chǎn)生的協(xié)同作用可以顯著增加抗生素的抗菌活性。Li等[33]將青霉素G加入到Zn-Al LDHs中，制備PNG含量不同的PNG/LDHs，分別對(duì)大腸桿菌進(jìn)行抗菌實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，與游離PNG和原始LDHs相比，具有合適成分的PNG/LDHs可以協(xié)同改善細(xì)菌抑制作用。圖7為PNG/LDHs對(duì)大腸桿菌的抗菌作用圖[33]。特定情況下，PNG-LDH表現(xiàn)出強(qiáng)大的抗菌活性及優(yōu)異的抗菌效果。

圖7 PNG/LDHs對(duì)大腸桿菌的抗菌作用示意圖[33]

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已對(duì)LDHs類(lèi)化合物材料的制備、改性及應(yīng)用開(kāi)展了一系列研究。關(guān)于LDHs的研究大都集中于催化、吸附和阻燃方面，LDHs抗菌復(fù)合材料的合成路線(xiàn)及制備方法并不太多，與之相關(guān)的應(yīng)用研究也還處在探索發(fā)展階段。結(jié)合大量在功能性復(fù)合材料方面的研究基礎(chǔ)，筆者認(rèn)為，未來(lái)LDHs類(lèi)化合物材料的研究將朝以下兩個(gè)方向發(fā)展：

(1)同一材料多功能發(fā)展

LDHs作為一類(lèi)結(jié)構(gòu)獨(dú)特、性能優(yōu)異的層狀材料，通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或引入多種聚合物體系可制備具有多功能性的復(fù)合材料。隨著人們對(duì)環(huán)保的關(guān)注，“一物多用”將逐漸被人們所重視。在今后研究中，可考慮將LDHs通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或引入多種聚合物體系，制備成具有多功能性的復(fù)合材料，賦予聚合物基體優(yōu)異的阻燃、抗菌及催化吸附等多功能性特殊性能，從而擴(kuò)大材料的應(yīng)用范圍。

(2)制備高效抗菌復(fù)合材料

日常生活中，抗菌材料被廣泛應(yīng)用到食品保鮮及醫(yī)療等方面，隨著社會(huì)的快速發(fā)展，尋找更綠色、成本更低、效果更好的抗菌材料將成為新的研究熱點(diǎn)。故筆者認(rèn)為在未來(lái)研究工作中，制備高效的LDHs抗菌復(fù)合材料，并將其應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)將成為一大發(fā)展方向。