综述：LDH-纤维素杂化吸附剂在废水中有机和无机污染物去除方面的研究综述

本综述系统总结了LDH（层状双金属氢氧化物）与纤维素杂化吸附剂在废水处理中的合成方法、结构特性及污染物吸附机制，重点突出了其协同效应（如高比表面积、可调控官能团和生态友好性），为开发高效、可持续的水处理材料提供了重要理论依据与方向指引。

　　

结构特性与材料基础

层状双金属氢氧化物（LDH）是一类具有层状结构的阴离子粘土，其由带正电的金属氢氧化物层和层间可交换阴离子构成。常见LDH包括Mg-Al、Zn-Al、Ni-Fe和Ca-Al等体系，具有优异的离子交换能力、可调控化学组成及良好的污染物结合性能。纤维素作为自然界最丰富的生物高分子，具备可再生、可降解、官能团丰富（如羟基和羧基）以及高比表面积等特点。其形态包括微纤化纤维素、纤维素纳米纤丝、纤维素纳米晶体和细菌纤维素等。

LDH与纤维素复合后可显著改善材料性能：纤维素作为刚性基质抑制LDH颗粒聚集，增强结构稳定性，并提供丰富的孔隙以促进传质过程；LDH则贡献高吸附容量和选择性。两者通过氢键、静电作用等界面相互作用形成协同效应，使复合材料在吸附污染物时表现出增强的机械强度、亲水性和再生能力。

合成策略与方法

LDH-纤维素复合材料的合成方法主要包括原位共沉淀法、浸渍法和水热法。

原位共沉淀法通过在纤维素存在下直接沉淀LDH晶体，使LDH纳米片均匀分布在纤维素纤维表面。该方法操作简单，适用于大规模制备，且能实现两相间的紧密接触，防止LDH聚集。典型步骤包括将纤维素分散于金属盐溶液中，调节pH值促使LDH成核，并在控制温度和搅拌条件下反应，最后经洗涤干燥得到复合材料。

浸渍法则是将预合成的LDH颗粒负载到纤维素载体上，通常借助物理吸附或化学交联实现两相结合。该方法可灵活调控LDH负载量和分布状态，但对界面相互作用强度依赖较高。

水热法则通过在高温高压条件下促进LDH在纤维素模板上的结晶，可获得结晶度更高、结构更稳定的复合材料，但其设备要求较高，工艺相对复杂。

吸附机制与污染物去除性能

LDH-纤维素复合材料对污染物的吸附涉及多种机制，包括离子交换、静电相互作用、氢键、表面络合和孔隙填充等。

对于重金属离子（如Cd²⁺、Pb²⁺、Cu²⁺），吸附主要依靠LDH层板中金属阳离子的置换作用，以及纤维素表面官能团（如–COOH和–OH）的络合能力。例如，MgAl-LDO（层状双金属氧化物）在水中通过“记忆效应”重建为LDH结构，并借助离子交换捕获重金属离子。实验表明，该类材料对Cd²⁺、Pb²⁺等离子的吸附容量可达数百mg·g^?1。

对有机污染物（如染料和药物分子）的吸附则更多依赖于静电吸引、π-π堆积和氢键。例如，甲基蓝（methylene blue）的吸附中，LDH层间阴离子与染料阳离子之间的静电吸引起主导作用，而纤维素则通过提供高比表面积和介孔结构增强吸附动力学。某些复合材料对磺胺甲噁唑（sulfamethoxazole）的吸附容量超过270 mg·g^?1，对染料的吸附容量甚至可达400 mg·g^?1以上。

实际应用中的性能与挑战

尽管LDH-纤维素复合材料在实验室条件下表现出卓越的吸附性能，但其在实际废水处理中仍面临多项挑战。废水中的复杂组分（如共存离子、有机物和悬浮物）可能竞争吸附位点，影响材料对目标污染物的去除效率。此外，复合材料在极端pH（如强酸性条件）下的结构稳定性较差，LDH组分可能发生溶解或相变，纤维素则可能在长期使用中发生生物降解或机械破损。

材料的再生性能也是实际应用的关键问题。多数研究采用酸洗、碱洗或热处理进行再生，但反复再生会导致吸附容量下降和结构破损。目前，性能较优的复合材料可重复使用5–10次而仍保持较高吸附效率。

未来展望与发展方向

为进一步推动LDH-纤维素复合材料在实际废水处理中的应用，未来研究应着眼于以下几个方向：一是通过表面功能化修饰引入特异性官能团，提升对特定污染物的选择性和吸附容量；二是构建多级结构复合材料，以优化传质路径并提高吸附动力学；三是将复合材料与膜分离技术或高级氧化过程结合，构建集成化水处理系统。此外，需深入开展生命周期评估（LCA）和经济性分析，明确其在大规模应用中的可行性和可持续性。

结论

LDH-纤维素复合材料作为一种新型杂化吸附剂，在废水处理领域展现出巨大的应用潜力。其兼具LDH的高吸附性能与纤维素的生态友好性、结构可调性和机械稳定性，能够高效去除重金属、染料、药物等多种污染物。未来通过材料设计、界面调控和工艺优化，有望实现其在实际废水处理中的规模化应用，为水环境保护和可持续发展提供有力技术支持。