環(huán)境污染影響人類的健康和生活質(zhì)量，水體污染是主要源頭之一。吸附是一種簡單有效的水處理方法。
鑒于活性炭成本高與再生困難等缺點，天然蛭石是典型的硅鋁酸鹽黏土，具有資源豐富、價廉易得、親水、層板帶負(fù)電荷、多級結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性能穩(wěn)定等優(yōu)勢，蛭石基吸附材料是蛭石應(yīng)用于環(huán)境領(lǐng)域的重要功能材料，可有效去除水中的氨氮、重金屬元素、磷酸鹽、氟離子、稀土離子、有機(jī)物等污染物。
1、蛭石為什么能吸附污染物？
蛭石結(jié)構(gòu)模型示意圖
蛭石基吸附材料的吸附機(jī)理主要包括以下幾個方面：
（1）基于層板帶電荷，在帶負(fù)電的表面上通過正負(fù)電的吸引來進(jìn)行吸附；
（2）通過離子交換方式，進(jìn)行各種金屬離子的吸附分離；
?。?）有機(jī)改性蛭石通過相似相容原理與待吸附物進(jìn)行吸附；
?。?）表面形貌，比如通過蛭石表面的多孔和層板邊緣的棱角等進(jìn)行吸附；
?。?）其他協(xié)同作用，比如蛭石的強(qiáng)吸水性，蛭石片的大小和膨脹性能等。
這里必須指出，進(jìn)行蛭石吸附機(jī)理的研究時，蛭石顆粒的大小必須限定，得出的機(jī)理才有實際意義。
2、蛭石基功能吸附材料制備
蛭石具有較大的比表面積和可交換的層間離子，經(jīng)結(jié)構(gòu)修飾后，其吸附或離子交換性能更強(qiáng)，改性蛭石被廣泛用于去除工業(yè)廢水中陽離子染料和農(nóng)藥中除草劑等，同時也被用作生活用水的凈水劑和處理劑。
蛭石改性可以從以下幾個方面入手：
通過堿和酸改性蛭石，可以明顯提高陽離子的亞甲基藍(lán)和還原紅B吸附；
通過有機(jī)改性實現(xiàn)親水到疏水和負(fù)電到正電的轉(zhuǎn)換，使蛭石吸附性能和應(yīng)用潛能顯著提高。通過二巰基丙醇和腐蝕酸改性蛭石，可使其具有巰基和羥基功能基團(tuán)，提高蛭石對Hg2+和鄰苯二甲酸酯的吸附量。
通過殼聚糖改性制備改性蛭石，其對As3+的最大吸附量可達(dá)72.2mg/g。
通過氧化錳改性制備金屬氧化物改性蛭石，其對Ag+的最大吸附量為69.2mg/g。
同時，研究發(fā)現(xiàn)，酸堿性和溫度對蛭石吸附金屬陽離子容量具有顯著影響，吸附量隨堿性增加而增加，隨溫度增加有所降低；通過長碳鏈烷基有機(jī)改性，可以顯著提高蛭石層間距（2-5nm）和改變層間分子結(jié)構(gòu)構(gòu)型。
3、蛭石基復(fù)合功能吸附材料制備
離子交換和改性是制備蛭石新型功能材料的有效方法，但是被交換和改性的離子或有機(jī)物容易脫落，表現(xiàn)出結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定等劣勢。
（1）蛭石與水滑石復(fù)合材料
由于蛭石是陰離子黏土，只能吸附陽離子，難以吸附陰離子，嚴(yán)重限制了其在水處理和工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用。
眾所周知，水滑石（LDHs）是典型的陽離子黏土，恰好與蛭石相反，Tian等人采用原位合成的方法，在多級結(jié)構(gòu)膨脹蛭石層間，原位生長不同尺寸結(jié)構(gòu)的MgAl-LDHs薄膜，構(gòu)建了3D多級結(jié)構(gòu)功能材料。
蛭石（a），MgAg水滑石與蛭石的復(fù)合材料（MgAl-LDHs/蛭石）的SEM圖（b-側(cè)面SEM圖；c-蛭石層板上負(fù)載MgAl-LDHs的SEM圖），蛭石表面硅氧四面體晶體結(jié)構(gòu)圖（d），和方向MgAl-LDHs生長機(jī)理（e，f）
從上圖可看出，蛭石的層板是非常光滑的，MgAl-LDHs以原位生長的方式在蛭石表面形成一層水滑石薄膜，并且可以深入膨脹蛭石內(nèi)部。MgAl-LDHs通過晶格匹配方式，以傾斜方向在蛭石表面生長。采用制備的MgAl-LDHs/蛭石復(fù)合材料對水體中六價鉻離子的吸附性能進(jìn)行了研究，與純MgAl-LDHs相比，其吸附量大約提高28%，且循環(huán)性能明顯提高。
?。?）蛭石和碳納米管復(fù)合材料
蛭石是典型的無機(jī)材料，碳納米管（CNTs）是典型的有機(jī)碳材料。并且CNTs被認(rèn)為是最通用的納米功能材料。如果能把碳納米管與蛭石相結(jié)合，蛭石的性能將會顯著改善。
Tian等人采用原位生長的方法，利用鐵作催化劑，在膨脹蛭石層間，原位生長CNTs陣列，直接構(gòu)建了漢堡式蛭石/CNTs多級結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，通過插層生長CNTs，膨脹蛭石體積可以膨脹到20~30倍，長度可以達(dá)到6cm。
蛭石（VMT）/碳納米管復(fù)合材料制備機(jī)理圖（a）、蛭石數(shù)字照片（b）、蛭石/碳納米管復(fù)合材料SEM圖（c，d）
蛭石（VMT）/碳納米管復(fù)合材料可以直接用作吸附劑，對亞甲基藍(lán)的清除率達(dá)到98%，性能明顯高于同顆粒大小的活性炭。該方法制備的材料在擴(kuò)大蛭石應(yīng)用范圍中表現(xiàn)出巨大優(yōu)勢。
來源：田維亮,葛振紅.蛭石功能材料研究進(jìn)展[J].精細(xì)化工,2019,36(04):541-548.
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