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土為主要原料經(jīng)過粉磨、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、罐頭廠、屠宰場、制革廠、汽車修配廠及貨棧等場所，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濕性能，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，在汽車尾氣治理以及工業(yè)廢氣的處理方面等具有應(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，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，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，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)于氨氮來講，國內(nèi)學(xué)者早期就開展了凹凸棒石去除氨氮的相關(guān)研究工作。Xiao等通過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等近年來專注于研究江蘇盱眙白云石凹凸棒石對(duì)富營養(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)營養(yǎng)物質(zhì)的吸附較弱。

　　王文波題組基于多年來對(duì)凹凸棒石結(jié)構(gòu)和理化性能的認(rèn)知，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機(jī)抗菌材料。

　　Lei等通過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等通過將十二烷基三苯基溴化膦固載于凹凸棒石上有效延長季鹽的抗菌時(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。

　　Zhang等通過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。

　　利用天然礦物治理污染與修復(fù)環(huán)境是建立在充分利用自然規(guī)律的基礎(chǔ)上，體現(xiàn)天然自凈化的特色。凹凸棒石黏土因具有較大的比表面積而表現(xiàn)出良好的吸附性，在污染治理和環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域中發(fā)揮著獨(dú)特的作用，并在污染治理的規(guī)模、成本、工藝、設(shè)備、操作、效果及消除二次污染等方面具有明顯的特點(diǎn)和較大的優(yōu)勢。

　　目前，美國等國已經(jīng)可以生產(chǎn)超過100余種的凹凸棒石產(chǎn)品，我國凹凸棒石資源豐富，應(yīng)加強(qiáng)凹凸棒石的理論研究，探明其高吸附性、氧化性以及改性機(jī)理;充分利用凹凸棒石的吸附性進(jìn)行染料工業(yè)廢水、重金屬離子污染廢水以及土壤重金屬污染的治理;發(fā)揮其載體優(yōu)勢制備更多可工業(yè)化應(yīng)用的催化劑。

　　參考資料：

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