环境材料与生态化学研究发展中心知识库

     凹凸棒石（简写为APT，又名坡缕石或坡缕缟石）是一种含水富镁、铝硅酸盐黏土矿物，由于独特的一维棒状晶体形貌和纳米孔道结构，具有优异的吸附、胶体和补强性能，在功能材料、精细化工、催化、建材和环保等诸多领域占有重要地位。我国APT尽管储量丰富，但由于地质成因复杂，总体而言矿的品位不高，制约了APT资源的高值利用和产业的可持续发展。近年来，研究者从资源分布、物化性能、表面改性、有机-无机复合和矿物组成等方面开展了研究，但多集中在表面改性处理和功能复合等方面，就APT微观结构调控、增白及性能提升等问题研究不多。本论文以APT高值化利用为目标，采用水热、溶剂热和高压均质技术，在不同类型改性剂存在条件下实现了APT的结构调控、增白和吸附性能的提升，其主要研究结果如下：

    1、考察了高压均质-水热协同作用对APT结构、形貌及吸附性能的影响。结果表明，与水热处理相比，经过高压均质与水热协同处理后，APT的分散性和吸附性能均明显提高，对亚甲基蓝（MB）的吸附量达到171mg/g，较APT原矿提高了43.7%。同时，高压均质协同水热处理APT吸附MB后能形成更稳定的APT/MB杂化产物。

     2、研究了甲醇（MT）、乙醇（ET）、异丙醇（IPA）、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）和二甲亚砜（DMSO）溶剂热处理对APT微观结构和理化性能的影响。发现极性溶剂分子可进入APT孔道，与APT发生类似于玛雅蓝的“主/客”体相互作用。其中，DMF溶剂热处理的APT对MB的吸附量最高，达到154mg/g。

    3、在氯乙酸（CAA）、乙酸（AA）、羟基乙酸（GA）、甘氨酸（GY）、苯甲酸（BA）、草酸（OA）和柠檬酸（CA）存在的条件下，考察了水热改性对APT微观结构、表面性质及吸附性能的影响。结果表明，CAA能有效促进APT晶体结构演化，同时在表面接枝了-COO-基团，形成表面含有Si-O-和-COO-活性位点的多孔吸附剂。CAA改性APT对200mg/L溶液中亚甲基蓝（MB）、甲基紫（MV）和孔雀石绿（MG）的去除率均超过99%。GY改性APT对40mg/L溶液中Pb(II)的去除率达到99.6%。

     4、以硫脲水溶液和二甲亚砜/水为反应介质，考察了水热和溶剂热过程对砖红色APT结构和理化性质的影响。结果表明，在硫脲溶液中水热反应后，APT由砖红色转变为灰白色。仅用二甲亚砜或水为介质，反应后APT颜色未发生变化。但在二甲亚砜/水混合体系中，砖红色转变为白色。主要原因是二甲亚砜与水发生歧化反应，生成具有强还原性的二甲砜和硫醚，将APT中致色的Fe³⁺离子部分还原为Fe2+或部分溶出，从而使颜色发生转变。

    5、以盐酸羟胺溶液为介质，在常压下实现了砖红色APT转变为白色。固体核磁和穆斯堡尔谱证实，具有还原性和强酸性盐酸羟胺使砖红色APT中的Fe³⁺部分还原成Fe²⁺或直接溶出是其转白的主要原因。