中國粉體網(wǎng)訊  凹凸棒石(attapulgite)是一種天然的一維納米級含水富鎂鋁硅酸鹽黏土礦物，具有納米棒狀晶體結構、納米孔道和表面活性基團，作為重要的基礎材料在農業(yè)、化工、環(huán)保、吸附分離和復合材料等領域得到了廣泛應用。但是天然凹凸棒石含有大量雜質，吸附能力不高、吸附選擇性差，因此需要進行改性以提高凹凸棒石的性能。

凹凸棒石的功能化改性

凹凸棒石功能化改性方法

熱處理

凹凸棒石的許多納米隧道平行于棒軸，可以通過熱處理對凹凸棒石進行改性，通過不同溫度的煅燒，可以選擇性地去除結晶內隧道中不同類型的水分，從而改變孔洞結構和表面性質。

不同溫度下凹凸棒石成分和結構變化

研究表明，熱改性能夠增大凹凸棒石的比表面積，增加活性中心和吸附點位，但溫度過高，會導致內部燒結等現(xiàn)象發(fā)生，反而不利于吸附。因此，熱改性處理存在溫度臨界點，該方法是凹凸棒石作為吸附劑、脫色劑、催化劑必要的處理手段。

酸化處理

凹凸棒石酸化的作用主要表現(xiàn)在兩個方面：一方面是礦物聚集的解聚；另一方面是對陽離子的置換，起到疏通孔道和增加礦物比表面積的作用。

通過酸處理可以使凹凸棒土在水溶液中的結構電荷和表面電荷發(fā)生相應改變，從而改變凹凸棒土膠體的帶電性和吸附活性，進而對凹凸棒土的物理化學性質產(chǎn)生影響，尤其是對凹凸棒土的陽離子交換容量和比表面積。

有機改性處理

凹凸棒土表面改性的目的在于改善粒子在聚合物中的分散性質或者改進粒子對聚合物的結合性能。有機改性可以改變凹凸棒石表面功能基團、新疏水性和孔道結構，常見的有表面活性劑包覆改性、接枝改性和碳復合改性。

表面活性劑改性還可以改變黏土吸附劑的親水性，從而實現(xiàn)對水中有機污染物更好的去除；接枝改性可以在凹凸棒石表面引入不同類型、不同電荷的功能基團，實現(xiàn)對陰離子型和陽離子型染料的有效吸附；除了接枝或負載有機小分子進行有機改性外，凹凸棒石表面用碳進行改性，也是提高其吸附性能的有效方式。

堿化處理

對于堿處理有兩種看法：一是認為堿處理可以使粘土的孔道發(fā)生變化，也可以使粘土的比表面積增大，但是對礦物的組分和結構的影響沒有酸處理明顯。二是認為堿處理可以改變礦物的晶相結構，從而發(fā)生物種轉變。

相對于酸處理而言，對堿處理凹凸棒土的條件選擇、影響因素及反應機理等的探討都不夠充分，有待進一步的實驗研究。

物理改性方法

物理改性方法如研磨、球磨、超聲、高速攪拌和輻照處理等，主要通過機械力作用使凹凸棒石棒晶束解離，提高棒晶的分散性和比表面積，同時使更多的表面活性基團釋放出來；或者使棒晶折斷，在表面形成新的硅羥基；或者通過高能射線改變棒晶聚集態(tài)或活化惰性的Si—O—Si基團等，這些作用有助于提高凹凸棒石的吸附性能。

相比之下，化學改性方法較物理方法改性效率更高，但物理方法更環(huán)境友好，所以近年來物理－化學相結合的方法成為研究熱點。不管采用何種方法改性，其原理都是如何增加凹凸棒石比表面積、改善表面電荷或親疏水性、增加表面活性基團或提高離子交換能力。

凹凸棒石的納米功能應用

凹凸棒石的功能化改性經(jīng)歷了一個漫長而復雜的過程。但是，從這些系統(tǒng)的研究工作中也逐漸凝練出了共性規(guī)律和研究方向。近年來，利用凹凸棒石特有的棒晶結構和孔道結構，“精準、定向”地構筑新型納米功能材料備受關注。凹凸棒石成為構筑形形色色功能材料的“新寵”,實現(xiàn)了黏土礦物材料的納米功能化應用。

在能源材料領域，凹凸棒石可用于制備新型電極材料、電池隔膜和限域催化劑等方面，提升超級電容器、鋰電池和催化劑的性能。

在環(huán)境材料領域，凹凸棒石可用于設計高選擇性功能吸附材料。

在生物醫(yī)藥領域，凹凸棒石可用于制備新型靶向藥物控釋載體、組織工程支架和無機抗菌材料等方面。

在仿生材料領域，凹凸棒石可用于構建智能響應自清潔涂層和仿生高強度結構材料。

未來，隨著基礎和應用研究的深入，將不斷推進凹凸棒石納米功能應用進程，促進礦物功能材料應用領域向高端發(fā)展，產(chǎn)品附加值將不斷提升，促進凹凸棒石從傳統(tǒng)應用向智能材料應用方向發(fā)展，助推凹凸棒石產(chǎn)業(yè)鏈的升級和產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

參考資料：

王文波等.凹凸棒石:從礦物材料到功能材料

董文凱等.凹凸棒石功能化及其吸附應用研究進展

趙坤等.凹凸棒石材料改性處理研究進展

李一京等.凹凸棒石改性方法及研究進展

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/三昧）

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