蛭石环保矿物材料

蛭石是典型的二维层状结构材料，单层厚度约为1nm，也是自然界中最具代表性的一类层状黏土化合物，具有天然、无毒、高膨胀率和层板带负电等主要特征。

我国蛭石矿藏极为丰富，遍布内蒙古、陕西、河南、河北、湖北、新疆、辽宁、青海等全国各地区。其中规模最大、最具代表性的是新疆尉犁县且干布拉克蛭石矿，其储量占全国总储量的 90%以上，居世界第二（仅次于南非），远景储量为 1 亿吨，其中 2 号矿体已探明储量 1400 万吨，是世界罕见的超大矿床。另外，灵寿县是金黄色蛭石主产地，东海县石开境内有丰富的蛭石矿产，三十三团蛭石矿的蛭石不仅蕴藏丰富，而且质量很好。

蛭石结构中含有可膨胀的层间域（可膨胀10~30倍），具有良好的阳离子交换性、膨胀性、吸附性等特性，已成为制备轻质建材、催化剂载体、吸附剂、军工、航空航天、纳米复合材料、环境保护等材料的重要原料，在国民经济中具有重要的意义，也是矿物学、复合材料等领域研究的热点之一。

1、蛭石吸附材料

吸附或离子交换是去除废水中有机物或金属离子的重要方法。蛭石具有较大的比表面积和可交换的层间离子，经结构修饰后，其吸附或离子交换性能更强，目前蛭石基吸附材料是蛭石应用于环境领域的重要功能材料，可有效去除水中的氨氮、重金属元素、磷酸盐、氟离子、稀土离子、有机物等污染物。

（1）吸附有机物

蛭石具有大量可供交换的亲水性无机阳离子，使蛭石表面存在一层薄的水膜，因而能有效地吸附环境中的有机污染物。

通过结构修饰后，层间插入高价态阳离子或大分子等物质后，蛭石对特定有机物的吸附性能会大大提高。

（2）吸附金属离子

蛭石可通过离子交换吸附或配合作用能将水体中的金属离子吸附到其表面。天然蛭石的阳离子交换量可达900mmol/kg以上，采用其吸附Cr³⁺和Cu²⁺离子，最大吸附量分别为25和15mg/g，表明天然蛭石具有除去废水中Cr³⁺和Cu²⁺的潜力。同时，蛭石对Zn和Ni的最大吸附量为31.65和25.51mg/g。蛭石通过内部插层等结构修饰后，其吸附金属离子的能力更强。

（3）吸附氨氮

天然蛭石具有孔隙度高、比表面积大的特点，对氨氮具有很强的选择性离子交换能力，常用于脱除污水中氨氮，蛭石作为极性吸附剂也是一种理想的生物载体。

（4）吸附稀土离子

周新木等研究表明，蛭石可吸附稀土离子，可重复使用，且对吸附容量影响较小。蛭石可用于稀土淋出尾液中稀土及低浓度稀土料液中稀土的回收，可提高稀土回收率，减少环境污染。

（5）吸附氟离子

沸石对氟离子具有较强的吸附作用，是一种较为优异的除氟剂载体。沸石对Ca²⁺及Mg²⁺也有一定的吸附作用，所以在进行除氟工艺的时候不仅可以除氟离子而且还可以有效的降低饮用水的硬度。由于自然界中的沸石所含杂质比较多，吸附性能有限，因此，研究者们都会选择对其进行必要的改性处理以增强沸石的吸附性能。

（6）吸附藻类污染

常淼等采用十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）改性蛭石，改性蛭石处理藻液时，可以明显降低藻液的浊度及叶绿素含量，是一种良好的水体藻类去除剂。

2、蛭石光催化降解材料

通过碾磨、表面包覆、内部插层等方式对蛭石进行结构修饰，从而获得相应的光催化降解材料。

Fenton试剂（Fe²⁺和H₂O₂混合物）是氧化废水中有机物的重要活性系统，蛭石含有结构Fe离子，大约70%的Fe³⁺、30%的Fe²⁺，通过球磨的方式，可以将这些结构Fe离子暴露至蛭石的表面，它们可与H₂O₂作用从而引发Fenton反应，进而氧化废水中的靛蓝等污染物。

TiO₂具有高催化活性、安全、低廉等优点被广泛应用于光催化降解有机物，但是单独使用TiO₂容易出现颗粒团聚现象降低比表面积。Jin等利用盐酸或硫酸处理蛭石后，通过前驱体的方式在其表面生成TiO₂，制备TiO₂颗粒分散良好的光催化材料，并用于降解亚甲基蓝。

Chen等通过内部插层合成铁柱撑蛭石（Fe-VT）光催化材料，研究了其分解活性艳橙（X-GN）的性能，在最佳条件下，X-GN的降解率可达到98.7%。

3、蛭石重金属污染土壤修复材料

蛭石层间具有丰富的可交换阳离子，通过一定的结构修饰后，可以吸附或者与某些重金属离子络合稳定重金属污染土壤，防止重金属离子随水体或向植被迁移。

Malandrino等使用蛭石（阳离子交换容量40.88meq/100g）可以明显减少土壤中Cu、Ni、Pb和Zn的可交换态和碳酸盐结合态，使这些重金属的形态向有机物结合态和硫化物结合态转变，显著降低重金属的迁移能力，减少了重金属向植被转移。

参考资料：

[1] 曾铃,付宏渊,李传常,等.面向能源与环境应用的蛭石结构修饰及其复合材料[J].硅酸盐学报, 2016,44(8):1226-1234.

[2] 胡光锁,李政一.废水处理中蛭石的应用研究进展[J].北京工商大学学报（自然科学版）2006,24(3):13-16.

[3] 李英.改性蛭石对水中氟离子的吸附性能研究[D].石河子大学,2018.

[4] 常淼.蛭石的改性及其对水体中藻类污染去除的研究[D].西北农林科技大学,2017.