凹凸棒石環(huán)保礦物材料

凹凸棒石是一種天然的一維納米級(jí)含水富鎂鋁硅酸鹽黏土礦物，發(fā)達(dá)的孔道結(jié)構(gòu)，內(nèi)外比表面積大，以及結(jié)構(gòu)中含有B、L酸位點(diǎn)，使其具有特殊的催化性能、載體性能、吸附性能、懸浮及流變性和離子交換性等特性，廣泛應(yīng)用于大氣污染治理、水污染治理以及土壤修復(fù)等領(lǐng)域，被稱為是理想的環(huán)保材料。

1、凹凸棒石工業(yè)廢氣處理材料

以優(yōu)質(zhì)凹凸棒原礦配以適量的膨潤(rùn)土為主要原料經(jīng)過(guò)粉磨、造粒、焙燒，制成一種高強(qiáng)度的顆粒，可用于吸附空氣中的有機(jī)磷、硫化氫及大氣中痕量的氣態(tài)甲苯和丁醇，用于工廠、農(nóng)牧場(chǎng)、罐頭廠、屠宰場(chǎng)、制革廠、汽車修配廠及貨棧等場(chǎng)所，能除去脂肪、油污和臭味，以保持地面或其他表面的環(huán)境清潔，與以活性炭為主要原料的同類產(chǎn)品相比，具有成本低、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、不會(huì)產(chǎn)生二次污染等特點(diǎn)。

凹凸棒石黏土吸收液具有膠體特性，還可改善碳煙顆粒的潤(rùn)濕性能，礦物復(fù)合材料并對(duì)NOx、SO2的氧化具有催化作用，因而對(duì)尾氣中的碳煙顆粒物、NOx、SO2等污染物具有良好的脫除效果。

2、凹凸棒石汽車尾氣處理材料

國(guó)內(nèi)外的許多研究表明，凹凸棒石對(duì)NOx、SO2、NH3等有害氣體具有較大的吸附容量能迅速達(dá)到吸附平衡，且能反復(fù)再生，在汽車尾氣治理方面等具有應(yīng)用潛力，已有工業(yè)化應(yīng)用的實(shí)例。

稀土改性凹凸棒石黏土吸收液更是一種較為理想的柴油機(jī)尾氣吸收劑，對(duì)柴油機(jī)尾氣污染物的脫除效果良好，礦物復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)條件下，碳煙的脫除率為71.3%，NOx的脫除率可達(dá)90.6%，SO2和HC的脫除率均＞90%。

3、凹凸棒石室內(nèi)空氣凈化材料

凹凸棒石因比表面積大、吸附性強(qiáng)，作為吸附過(guò)濾材料廣泛應(yīng)用于凈化污染空氣。以凹凸棒土為主要原料制備的吸附干燥劑可用于環(huán)境的除濕，室內(nèi)空氣的凈化。

4、凹凸棒石光催化材料

近年來(lái)，關(guān)于凹凸棒石做光催化劑載體的研究逐漸增多，把氧化劑固定在凹凸棒石上能夠增加催化劑的反應(yīng)比表面積，使反應(yīng)的速率和效率加快。凹凸棒石負(fù)載TiO2已有大量的相關(guān)報(bào)道，負(fù)載方法也各異。溶膠－凝膠法制備的納米TiO2/凹凸棒石光催化復(fù)合材料，處理有色廢水等效果良好，脫色率高。

除TiO2外，礦物復(fù)合材料金屬氧化物、尖晶石氧化物也可負(fù)載在凹凸棒石上作為光催化氧化劑。

5、凹凸棒石重金屬吸附材料

天然凹凸棒石常用于吸附去除水體中的Hg（II）、Cd（II）、Pb（II）等重金屬離子，但吸附量和吸附速率有限。為提高凹凸棒石對(duì)重金屬離子的吸附性能，通常采用酸活化、熱活化、硅烷偶聯(lián)劑和離子液改性處理等改性，以去除凹凸棒石伴生雜質(zhì)、疏通孔道、增大比表面積和增加表面功能基團(tuán)。

例如，在水熱環(huán)境下堿活化可以將凹凸棒石及伴生礦轉(zhuǎn)變成吸附能力更強(qiáng)的硅酸鹽，同時(shí)在表面形成絡(luò)合能力更強(qiáng)的Si-O-基團(tuán)，顯著提升對(duì)重金屬離子的吸附能力。在凹凸棒石表面通過(guò)包覆或接枝有機(jī)改性劑（尤其是聚合物），可以引入有機(jī)官能團(tuán)，可顯著提高凹凸棒石對(duì)重金屬離子的吸附去除能力。

6、凹凸棒石有機(jī)污染物吸附材料

除了重金屬離子外，水體中工業(yè)用染料、殺蟲(chóng)劑、抗生素等有機(jī)污染物的去除也已刻不容緩。凹凸棒石廣泛用于陽(yáng)離子型有機(jī)污染物的吸附去除。

不同產(chǎn)地的天然凹凸棒石的組成、棒晶發(fā)育程度和表面理化性能差異較大。研究發(fā)現(xiàn)，鎂含量較低且具有二八面體結(jié)構(gòu)的凹凸棒石的吸附性能相對(duì)較好。

有機(jī)化改性處理能更有效地提高凹凸棒石對(duì)有機(jī)分子的吸附性能，目前研究較多的是將表面活性劑（如帶有正電荷的季銨鹽或季鹽）嵌入或包覆到凹凸棒石上，將親水的凹凸棒石轉(zhuǎn)化為疏水的有機(jī)凹凸棒石，或?qū)ж?fù)電的表面轉(zhuǎn)變?yōu)閹д姷谋砻?，提高?duì)有機(jī)分子的吸附能力。

7、凹凸棒石氨氮、磷酸根吸附材料

對(duì)于氨氮來(lái)講，國(guó)內(nèi)學(xué)者早期就開(kāi)展了凹凸棒石去除氨氮的相關(guān)研究工作。Xiao等通過(guò)在凹凸棒石表面引發(fā)接枝聚丙烯氨酰胺，然后固載微生物實(shí)現(xiàn)了對(duì)水體中低濃度氨氮的有效去除。

相比氨氮吸附，由于凹凸棒石和磷酸根之間的電荷排斥作用，其對(duì)磷酸根的去除效果較差，但是富鈣的白云石型凹凸棒石對(duì)水體中磷酸根具有優(yōu)異的捕獲能力，尤其是熱活化處理后。

Yin等近年來(lái)專注于研究江蘇盱眙白云石凹凸棒石對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化湖泊中沉積物和水體中磷的吸附去除性能，發(fā)現(xiàn)熱處理富鈣凹凸棒石可以用作湖泊富營(yíng)養(yǎng)化控制的鎖磷劑。

8、凹凸棒石霉菌毒素吸附材料

由于霉菌毒素具有不同的分子結(jié)構(gòu)和極性，導(dǎo)致以凹凸棒石為主的霉菌毒素吸附劑的脫毒能力較低。Zhou對(duì)比研究了蒙脫石、凹凸棒石及凹蒙石對(duì)飼料中霉菌毒素和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸附行為，發(fā)現(xiàn)凹蒙石對(duì)霉菌毒素的吸附能力最佳，且對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸附較弱。

王文波題組基于多年來(lái)對(duì)凹凸棒石結(jié)構(gòu)和理化性能的認(rèn)知，礦物復(fù)合材料創(chuàng)制了玉米赤霉烯酮吸附劑，實(shí)現(xiàn)了對(duì)黃曲霉毒素和玉米赤霉烯酮的高效去除。

9、凹凸棒石細(xì)菌及病毒吸附材料

凹凸棒石還可用來(lái)處理某些細(xì)菌及病毒污染的水體或土壤，Hassen等對(duì)蒙脫土、凹土等吸附性試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，凹凸棒石對(duì)大腸桿菌、假單胞菌具有很強(qiáng)的吸附性，吸附率分別達(dá)98.2%和60%。

10、凹凸棒石抗菌材料

凹凸棒石具有良好的吸附和離子交換性能，可用作抗菌材料載體，目前的研究主要集中在載銀、銅、鋅等金屬離子型抗菌材料和利用二氧化鈦等光催化型的無(wú)機(jī)抗菌材料。

Lei等通過(guò)離子交換制備了凹凸棒石/姜精油納米雜化抗菌材料，使其在發(fā)揮抗菌功能的同時(shí)具有良好的耐熱、耐酸堿性能。Cai等通過(guò)將十二烷基三苯基溴化膦固載于凹凸棒石上有效延長(zhǎng)季鹽的抗菌時(shí)效，使該材料具有精準(zhǔn)的抗菌能力和較低的生物毒性。

11、凹凸棒石環(huán)境催化材料

選擇性催化還原脫硝（selective catalytic reduction，SCR）技術(shù)的核心是催化劑。二氧化鈦、活性氧化鋁和分子篩等載體有利于降低SCR催化反應(yīng)溫度，但易受煙氣中二氧化硫和水的影響，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用。相比之下，黏土礦物由于綠色無(wú)毒、具有獨(dú)特的類分子篩層狀結(jié)構(gòu)，在SCR催化劑載體方面具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。

Zhang等通過(guò)浸漬法制備了凹凸棒石負(fù)載錳氧化物催化劑，具有較好的低溫SCR活性，脫硝率可達(dá)95%。Yao等通過(guò)溶膠-凝膠法構(gòu)筑了系列凹凸棒石基SCR催化劑，發(fā)現(xiàn)通過(guò)離子摻雜可改善凹凸棒石負(fù)載鐵基鈣鈦礦型催化劑的SCR低溫催化活性，尤其是V2O5協(xié)同改性有效提高了表面化學(xué)吸附氧和酸性位點(diǎn)的數(shù)量，從而促進(jìn)對(duì)NH3的吸附和SCR的反應(yīng)速率。

除大氣環(huán)境污染物，凹凸棒石基催化劑也廣泛用于水體有機(jī)污染物的催化降解。

12、凹凸棒石土壤污染修復(fù)材料

凹凸棒石獨(dú)特的吸附性能可以用在土壤污染修復(fù)中。許多研究者通過(guò)盆栽試驗(yàn)驗(yàn)證了土壤中添加凹凸棒石可提高土壤的pH值，改善土壤酸性，有效降低植株對(duì)Cu、Zn、Cd等重金屬離子的吸收。

從資源的角度上，如果將凹凸棒石應(yīng)用到土壤污染的治理中，不僅能夠?yàn)槿找鎼毫拥耐寥牢廴咎峁┝畠r(jià)易得的天然礦物材料，而且能夠促進(jìn)礦物材料的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。

13、凹凸棒石河水污染治理材料

凹凸棒石及其活化產(chǎn)品對(duì)嚴(yán)重有機(jī)污染河水的色度、揮發(fā)酚、油、NH3-N、CODcr等及陽(yáng)極電泳漆廢水的COD和色度均有明顯的去除作用，當(dāng)與某些混凝劑組合使用時(shí)，對(duì)SS和COD的凈化呈明顯的增強(qiáng)作用，從而使污染河水的整體水質(zhì)大大改善，其中某些水質(zhì)指標(biāo)可達(dá)到我國(guó)地面Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

14、凹凸棒石固體廢物和放射性核廢物處理材料

凹凸棒石黏土是放射性物質(zhì)和有毒氣體極好的吸附劑，能用于防原子輻射和防化學(xué)武器，一旦燒結(jié)，便可阻止放射性物質(zhì)的滲漏，例如，用凹凸棒石黏土和水泥使放射性廢料固化，再用硅氧烷聚合物封裝，或直接埋入土中，均能達(dá)此目的。