Page 25 - 《精细化工》2022年第5期
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第 5 期 刘正江，等: 复合改性蒙脱土在污水处理中的应用研究进展 ·879·
验证 [24] ；而以海藻酸盐和壳聚糖等聚合物为有机改 3 光催化剂改性蒙脱土
性剂制备的酸-有机改性和无机-有机改性蒙脱土吸
附能力较强，且海藻酸盐和壳聚糖等聚合物环境友 3.1 光催化剂改性蒙脱土的制备和应用
好且来源广泛，是较为理想的蒙脱土改性方法 [24] ， 柱撑蒙脱土是将蒙脱土的颗粒变成高度多孔结
但前期酸处理和无机处理过程产生的废水仍然会对 构的过程，即含 Fe、Al、Ca、Si 和 Ti 等过渡金属离
环境造成一定影响；生物炭改性蒙脱土是环境友好 子的盐水解后形成的金属阳离子通过离子交换进入
的吸附材料，但其对水中污染物的吸附能力较差。 MMT 层间域，经焙烧脱羟基，离子转化为稳定的
最为重要的是，完成对水中污染物的吸附后， 金属氧化物柱体把 MMT 层间撑开形成网孔状蒙脱
污染物仍存在于复合改性蒙脱土表面，如何处理蒙 土 [31] 。虽然柱撑蒙脱土因具有网孔结构对水中污染
脱土表面的污染物依然是需要解决的问题，且改性 物有较好的吸附能力，但相较于一些高级氧化法，
蒙脱土需经过污染物脱附再生才可继续用于水中污 其去除效率仍较低。研究表明，部分半导体柱撑蒙
染物的处理。研究表明，光催化剂改性蒙脱土可同 脱土可同时利用蒙脱土的吸附能力与半导体的光
时利用光催化剂的氧化能力和蒙脱土的吸附能力对 催化性能对水中污染物进行降解。目前，研究较多
水中污染物进行处理，反应完成后改性蒙脱土表面 的是在蒙脱土表面和层间引入钛羟基离子，经煅烧
有机污染物较少，有利于复合材料的再生利用， 制备 TiO 2 改性 MMT 复合材料，利用 TiO 2 与蒙脱
且光催化剂多为化学性质稳定、无毒无害且较为易 土的协同作用增强污水处理能力，制备过程如图 6
得的半导体材料 [57] 。 所示。
图 6 光催化剂改性蒙脱土的制备（a）和其对污染物的降解机理（b）
Fig. 6 Preparation of photocatalyst modified montmorillonite (a) and its degradation mechanism to pollutants (b)
由图 6a 可见，将含钛前驱体溶于合适溶剂中， 好，且光催化剂提升了蒙脱土的重复利用性能。
与蒙脱土同时置于反应釜中，部分聚合羟基钛离子 3.2 光催化剂改性蒙脱土降解水中污染物的反应
与蒙脱土层间阳离子进行离子交换，使蒙脱土剥离 机理
分散，后经焙烧形成层间距较大的氧化钛柱撑蒙脱 TiO 2 是化学稳定性好、安全无毒且成本低的半
土。如 DAO 等 [58] 制备 了 TiO 2 改性蒙脱 土 导体，但 TiO 2 在光催化反应中对可见光的利用率低，
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（ TiO 2 /MMT ）和 TiO 2 纳米管 改性蒙脱 土 易分散且光生电子（e ）和空穴（h ）易复合。由
图 6b 可见，在蒙脱土层间引入 TiO 2 后，蒙脱土可
（TiO 2-NTS /MMT）光催化材料；TEM 表明，TiO 2
颗粒存在于 MMT 表面，而 TiO 2-NTS 存在于 MMT 层 固定 TiO 2 并有效抑制 TiO 2 晶型转变和晶粒尺寸增
间。溶液中罗丹明 B 光催化降解实验结果表明， 长；其次，蒙脱土可降低 TiO 2 禁带宽度，使激发
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TiO 2 /MMT 的光催化活性要好于 TiO 2-NTS /MMT，且 TiO 2 /MMT 产生 e 和 h 所需能量减小，使 TiO 2 /MMT
TiO 2 /MMT 和 TiO 2-NTS /MMT 的光催化活性均好于 尽可能地利用太阳光中的可见光部分。此外，蒙脱
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TiO 2 和 MMT。紫外光照射下，10 mg TiO 2 /MMT 和 土上 TiO 2 光照下生成的 e 迁移至导带（CB）过程
TiO 2-NTS /MMT 在 210 min 内对 100 mL 质量浓度为 中会部分迁移至蒙脱土中金属离子空 d 轨道，从而
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10 mg/L 的罗丹明 B 的降解率分别可达 90.0%和 抑制 TiO 2 中 e 和 h 的复合，同时迁移至蒙脱土的 e –
85.5%。循环实验表明，从溶液中分离、未经处理的 会与复合材料表面的吸附氧（O 2ad ）反应生成超氧
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TiO 2 /MMT 和 TiO 2-NTS /MMT 经 3 次循环使用后对 自由基(•O 2 )，而价带（VB）上的 h 则可与复合材料
100 mL 质量浓度为 10 mg/L 的罗丹明 B 的降解率与 表面的吸附水反应生成羟基自由基（•OH），这些生
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初次使用相比仅分别下降了 18.0%和 23.5%，说明 成的强氧化性基团（•OH、•O 2 、h ）则可与污染物
光催化剂改性蒙脱土对水中污染物的降解效果较 反应最终生成 CO 2 和 H 2 O [58] 。
