环境材料与生态化学研究发展中心知识库

凹凸棒石是一种含水的镁铝硅酸盐矿物，已在有机-无机杂化材料领域得到应用。但凹凸棒石形成的地质条件和成因不同，其化学组成和微观结构存在很大差异，因而制备的杂化材料性能差别较大。为此，本论文选取有代表性的安徽官山、江苏黄泥山和甘肃会宁三产地的凹凸棒石样品，比较了它们的化学组成、微观结构以及对亚甲基蓝的吸附性能，关联了化学组成－微观结构－吸附性能的关系；同时采用酸处理工艺考察了江苏黄泥山和甘肃会宁两地凹凸棒石的化学组成、微观结构以及对亚甲基蓝等染料的吸附性能；在此基础上，系统考察了江苏黄泥山凹凸棒石含水量、研磨时间和烘干温度等对亚甲基蓝/凹凸棒石纳米杂化材料稳定性的影响。取得的主要研究结果有：

1. 江苏黄泥山凹凸棒石(JSHS)是贫镁黏土矿物，具有类二八面体结构特征；安徽官山凹凸棒石(AHGS)是富镁黏土矿物，具有二八面体-三八面体过渡结构特征；甘肃会宁凹凸棒石(GSHN)具有二八面体-三八面体过渡结构特征，同时伴生白云母、白云石和绿泥石等黏土矿物。三产地凹凸棒石对亚甲基蓝的吸附量大小顺序为JSHS>GSHN>AHGS，表明贫镁的二八面体结构凹凸棒石具有更优的吸附性能。

2. 用质量分数为2.5 wt%～20 wt%的HCl、H₂SO₄和H₃PO₄溶液对甘肃会宁凹凸棒石进行了酸活化处理，系统考察了酸活化处理对凹凸棒石微观结构、理化性能以及对亚甲基蓝吸附性能的影响。结果表明，用质量分数为2.5 wt%的酸溶液处理就可除去白云石和碳酸盐；经3种酸处理后，随着酸质量分数的增加，凹凸棒石的比表面积、外比表面积、微孔比表面积和微孔体积均先增加后降低，比表面积分别在5 wt%HCl、5 wt%H₃PO₄和15 wt%H₂SO₄处理时达到最大值。酸活化作用使凹凸棒石表面电荷更负，不同酸作用强弱依次为HCl＞H₂SO₄＞H₃PO₄。15%HCl酸溶液处理后凹凸棒石的吸附量达到89.48 mg/g，较原矿提高22.07%。

3. 用1 wt%～5 wt%质量分数的H₂SO₄溶液酸化处理江苏黄泥山凹凸棒石，系统考察了酸活化处理对凹凸棒石微观结构、理化性能以及对亚甲基蓝、孔雀石绿和刚果红吸附性能的影响。结果表明，用质量分数为2 wt%H₂SO₄溶液酸化处理可除去白云石和碳酸盐。随着酸质量分数的增加，凹凸棒石的比表面积、外比表面积、微孔比表面积和微孔体积逐渐增加，表面电荷变负；对亚甲基蓝、孔雀石绿和刚果红的吸附量分别达到172.96 mg/g、312.52 mg/g和76.17 mg/g，与原矿相比分别提高了4.66%、14.76%和21%。

4. 采用具有二八面体结构的JSHS，分别以干态研磨法、吸附烘干法和吸附预烘干法制备了亚甲基蓝/凹凸棒石杂化材料，系统考察了三种方法对杂化材料的微观结构和稳定性的影响。研究发现：干态研磨法严重损伤了凹凸棒石棒晶，其杂化材料的稳定性最差。 吸附预烘干法在几乎不损伤凹凸棒石棒晶的前提下能有效解离凹凸棒石棒晶束，染料分子可与凹凸棒石形成稳定的杂化结构，可以制备出耐酸、碱及耐紫外光照射的有机-无机杂化材料。

5. 采用吸附预烘干法制备亚甲基蓝/凹凸棒石纳米杂化材料，系统考察了含水量、研磨时间和加热温度等对杂化材料的微观结构及稳定性的影响。结果表明：在凹凸棒石含水量37 wt%、 研磨30 min、加热温度105 ºC和加热时间4 h条件下，亚甲基蓝可进入凹凸棒石的结构孔道内，从而显著提高了纳米杂化材料的耐热、耐酸及耐紫外光照等性能。