蒙脱石矿物生态环境功能材料及其应用研究进展

蒙脱石是一种含少量碱和碱土金属离子的硅铝酸盐层状粘土类矿物，单位层间结合力小，水分子和极性分子容易进入层间区域，因此蒙脱石在溶剂中具有良好的吸附性、膨胀性、分散性、悬浮性。

近年来，蒙皂石矿物生态环境功能材料广泛应用于保健品、饲料防霉材料、有机/重金属吸附剂、复合相变蓄热材料等领域。

1、健康药物领域蒙脱石矿物结构支柱的[AlO6]八面体中，Al3可被Mg2等阳离子同晶取代，形成畸变八面体。

为了保持蒙皂石晶体结构的稳定性，结构中的[SiO4]四面体通过旋转、拉伸、扭曲调节成键断裂，露出多面体中心阳离子，使蒙皂石具有负吸附特性。

蒙脱石可以通过吸附消化道粘液中的蛋白质有效改善粘液质量，提高粘液的凝聚力和弹性，对消化道粘膜起到修复作用。

另外，由于颗粒表面积大(每克蒙脱石粉剂可覆盖100~110m2的消化道表面)，蒙脱石还可以提高粘膜屏障对攻击因子的防御能力，增强粘膜屏障的作用。

因此，蒙脱石对治疗各种原因引起的腹泻、食管炎、胃炎、消化性溃疡有明显疗效。

2、抗菌和饲料防霉领域蒙脱石无抗菌或杀菌作用，但对大肠杆菌、霍乱弧菌、空肠弯曲菌、金黄色葡萄球菌、轮状病毒和胆盐有良好的吸附作用。

蒙脱石的不均匀带电性可以吸附各种消化道致病因素。

例如，采用离子交换法将不同季铵盐插层到钠基蒙脱土中得到的改性蒙脱土，对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均有较强的抗菌作用。

由于细菌先吸附在改性蒙脱石表面，随着浸泡时间的延长，季铵盐从蒙脱石的层间解吸进入溶液中直接杀灭细菌，改性蒙脱石的抗菌活性是与溶液中吸附释放的季铵盐离子协同作用的结果。

蒙脱石作为饲料辅助添加剂，因其自然性状和复合功能，在国外广泛应用于畜禽养殖。

它不仅能补偿动物养分，提高畜禽生产力，而且对畜禽消化道疾病的防治有一定的作用。

目前，添加蒙脱石已成为大规模饲料生产中防霉治理的首选。

大量实验表明，饲料中添加质量分数为0.2%的蒙脱石可以解决饲料中的霉菌毒素问题，不吸附饲料中的营养成分。

3、有机污染物和重金属离子吸附区蒙脱石改性后，可作为吸附剂处理各种有毒或难生物降解的有机物。

有机改性蒙脱石去除水中有机物的能力比原石强10~100倍，而且能有效去除低浓度的有机污染物。

近年来，国内外利用改性蒙脱土，利用季铵盐等阳离子表面活性剂和钠钙石的作用，通过离子交换将体积较大的有机阳离子引入层间，通过离子交换作用和表面活性剂对脂肪链的萃取作用吸附有害有机污染物等

Zheng等人用不同的表面改性剂修饰蒙脱石，通过对双酚a的平衡吸附试验表明，该过程符合准二次动力学过程和Langmuir等温吸附模型，粘土矿表面亲水性和添加表面改性剂后产生的带正电表面有效地吸附双酚a

Li等人采用湿化学与煅烧相结合的方法制备了g-C3N4/蒙脱石复合材料，并在可见光条件下进一步研究了复合材料对水中罗丹明b和盐酸四环素的降解过程。

结果表明，蒙脱石的高效吸附性与g-C3N4良好光催化降解的协同作用及静电作用是复合材料对单一g-C3N4具有更高光催化降解能力的原因。

蒙脱石也可直接用于重金属污染土壤的治理。 另外一方面，这是因为大比表面积和强吸附能力使蒙脱土与土壤中的重金属离子发生交换作用，固定土壤中的重金属离子，抑制其侵入植物体内； 另一方面，蒙脱石的膨胀性、粘结性和可塑性使蒙脱石在吸水时形成封闭障碍，防止污染物的扩散和渗透，有效治理重金属污染土壤。

蒙脱石经己二胺二硫代氨基甲酸盐改性后，其表面活性基团与可溶性Cu结合的配合物可以降低Cu的迁移性。

添加的改性矿物越多，固定化的Cu也越多，污染土壤中Cu的修复效果与改性膨润土用量呈正相关。

也有研究人员利用蒙脱石吸附水体中的Cs、Yb3、Eu3等重金属离子和u()、137Cs等放射性元素。

结果表明，在适当条件下，蒙脱石对上述离子和元素具有良好的吸附固定作用。

通过改性技术强化蒙脱石的吸附性和选择性也是蒙脱石矿物的必须处理手段。

结合蒙脱石自身结构特点和水体中污染物种类，有针对性地设计蒙脱石改性路线，可以制备聚合物有机功能化改性的蒙脱石复合吸附剂，有效地提高了蒙脱石吸附性能和改善了应用形态，促进了蒙脱石矿物的工业化应用

4、复合相变蓄热领域蒙脱石为2:1型层状硅铝酸盐，层间迁移的离子可以与外界离子交换而不破坏蒙脱石的基本结构，赋予蒙脱石特殊的阳离子交换和膨胀性能，在复合相变蓄热领域具有潜在的应用前景

蒙皂石复合相变蓄热材料的制备方法主要有液相插层和熔融插层，液相插层法反应时间长，工艺复杂，熔融插层规律比较简单。

王小鹏等人采用熔融插层法在蒙脱石的层间结构中加入石蜡，制备了蒙脱石和三水醋酸钠( SAT ) -尿素)的复合材料。

在无泄漏情况下，该复合材料潜热能力可达132kJ/kg，循环相变热性能稳定，高温下无液态石蜡渗出。

王月祥等采用液相插层法制备了硬脂酸-月桂酸/蒙脱石复合相变储能材料，经过500次连续循环蓄热/放热实验实验，相变温度和相变潜热变化分别为0.7和-3.61J/g，具有良好的

现阶段，在国内蒙脱石矿物生态环境功能材料产业发展过程中，蒙脱石传统用途的消费比例逐年下降，技术指标不断提高，而且蒙脱石每年开发出许多新用途，用量比例逐年增加，成为新的增长点。

目前，国内蒙脱石矿物生态环境功能材料产业发展在降低蒙脱石加工产能、实现环保和高技术化加工的同时，更加注重蒙脱石的高纯化、纳米化、功能化应用，充分利用不同固有资源蒙脱石矿物的自身价值，在应用领域的

来源： 《孙剑锋，张红，梁金生，等.生态环境功能材料领域的研究进展及学科发展展望[J].材料导报，2021,35(13):13075-13084.》、【粉体技术网】编辑整理、转载请注明出处！