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第 4 期                             田维亮，等:  蛭石功能材料研究进展                                     ·543·


                                                               学剥离方法也是蛭石剥离和纯化的方式之一。无机
                                                               酸和过氧化氢被广泛用于剥离或预处理活化蛭石。
                                                               实验发现，蛭石经过轻度酸化，晶型结构被保持；
                                                               但酸化时间过长，晶型结构会改变                [18] 。如果酸化过
                                                               度，蛭石的结构将遭到破环，获得白色的多孔无定型
                                                                                              2
                                                               二氧化硅，其比表面积可达到 700 m /g 左右             [19-20] 。该
                                                               法快速有效，显著提高了蛭石比表面积，而且杂质

                       图 3    蛭石结构模型示意图      [10]              易于清除干净，但是层板结构被破坏，层板带负电
               Fig. 3    Schematic diagram of vermiculite structure [10]    性能衰退，原有性质丧失。近年来，科研工作者提
                                                               出了粉碎超声组合剥离法和离子溶剂超声粉碎剥离
                 蛭石高膨胀性是其独特的特性，且具有多级层
                                                               法等，可以根据实际所需蛭石产品的要求，来选择
            状结构，使其应用领域较为广泛。蛭石在应用前需
                                                               合适的剥离和纯化方法。
            经过剥离预处理，制备膨胀蛭石，形成多级结构材
            料。剥离预处理方式主要有两种：热膨胀法和微波膨                            2    蛭石基吸附功能材料
            胀法。（1）热膨胀法是制备膨胀蛭石的主要方法                    [11] 。
            热膨胀一般是通过高温炉实现，在 700~1000 ℃下进                           环境污染影响人类的健康和生活质量，水体污
            行膨化    [12] 。实验发现，蛭石的化学组成是影响膨胀                     染是主要源头之一。吸附是一种简单有效的水处理
            率的关键因素之一，含云母少、含水量多、纯度越                             方法  [21] 。鉴于活性炭成本高与再生困难等缺点               [22] ，
            高的蛭石具有更高的膨胀性能。一般来说，蛭石的                             天然蛭石是典型的硅铝酸盐黏土，具有资源丰富、
            膨胀倍数与加热速率快慢和颗粒大小有关，其膨胀                             价廉易得、亲水、层板带负电荷、多级结构和物理
            倍数可达 6~35 倍      [13] 。膨胀机理主要是层间水分子                化学性能稳定等优势，其在水处理应用中的优势凸
                                                                 [8]
            受热气化，体积变大，实现蛭石膨胀。因此，层间                             显 。由于蛭石强大的离子交换能力，科学家对蛭
            水是影响蛭石膨胀的主要因素              [14] 。该法具有膨胀性           石吸附金属阳离子开展了大量研究工作                  [23] 。利用膨
            能稳定等优势，但存在需要高温，能耗大，热量难                             化蛭石作为固体吸附剂，研究其对水体中金属阳离
                                                                                         2+
                                                                                                     2+
                                                                                    3+
                                                                                               2+
                                                                                                          2+
            以回收等缺点。因此，该法适用于大批量生产过程。                            子的吸附，主要包括 As 、Ba 、Cu 、Cd 、Co 、
                                                                                                         2+
                                                                 3+
                                                                       2+
                                                                             2+
                                                                                   2+
                                                                                        2+
                                                                                              2+
                                                                                                   3+
            （2）微波膨胀法是近年来新兴的蛭石膨化方法                      [15] 。  Cr 、Mn 、Ca 、Ni 、Pb 、Sr 、V 和 Zn 的
            由 于 微 波具有 膨胀 时间短 （ 700 W 以上 ，只需                    吸附与再生性能       [23-24] 。实验发现，通过碱和酸改性
            5~30 s），膨化前后无需加热升温和降温等显著优                          蛭石可以明显提高阳离子的亚甲基蓝和还原红B吸附
            势，所以微波膨胀已经成为蛭石剥离预处理的主要                             [25] ；另外，可通过有机改性实现亲水到疏水和负电
                                                                           [8]
            方式之一      [15]  。但是，该法如果工业化生产需要                    到正电的转换 ，使其吸附性能和应用潜能显著提
            2.45 GHz 以上电磁功率，具有较高的能耗；另外，                        高 [26] 。研究表明，通过二巯基丙醇和腐蚀酸改性蛭
            如果蛭石矿中含有长石、白云母和石英等成分时，                             石，使其具有巯基和羟基功能基团，提高了蛭石对
                                                                 2+
            由于其束缚水分子能力低，缺乏微波吸收与传导性                             Hg 和邻苯二甲酸酯的吸附量             [27] 。通过壳聚糖改性
                                                                                        3+
            介质，同时具有低介电常数，对微波不敏感，因此                             制备改性蛭 石，其对 As 的 最 大 吸附量可达
            不适用该法。对于实际生产过程中，要根据生产规                             72.2 mg/g [28] 。通过十六烷基吡啶、十六烷基三甲基
            模和矿物本身的组成等因素合理选择蛭石剥离预处                             溴化铵和苯乙胺等阳离子有机溶剂改性制备改性蛭
            理方式。                                               石，研究了其对六价铬离子和苯甲酸的吸附量                     [21,29] 。
                 膨胀蛭石具有颗粒大和比表面积较小等劣势，                          通过氧化锰改性制备了金属氧化物改性蛭石，其对
                                                                 +
            所以需要继续剥离和纯化，主要剥离和纯化方式有：                            Ag 的最大吸附量为 69.2 mg/g      [30] 。同时，实验发现，
            机械粉碎、超声和化学剥离等方法。（1）机械粉碎                            酸碱性和温度对蛭石吸附金属阳离子容量具有显著
            是蛭石剥离和纯化最早的方式之一。由于层状结构                             影响，吸附量随碱性增加而增加，随温度增加有所
            的蛭石易于堆叠和团聚，球磨难以制备小颗粒蛭石                             降低  [31] ；通过长碳链烷基有机改性，可以显著提高
            片，而且效率极低，因此目前很少使用。（2）超声                            蛭石层间距（2~5 nm）和改变层间分子结构构型                  [32] 。
            成为制备小尺寸蛭石颗粒的首选               [16] 。研究发现，超          另外，改性蛭石被广泛用于去除工业废水中阳离子
            声与球磨相比，能够制备更小粒径分布的蛭石片，                             染料和农药中除草剂等，同时也被用作生活用水的
            能够更好保证蛭石微观结构             [17] 。明显的优点是良好            净水剂和处理剂       [33] 。
            地保持了蛭石层板的结构，但是效率较低。（3）化                                蛭石基吸附材料的吸附机理主要包括以下几个
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