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(jié)構(gòu)、納米孔道和表面活性基團，作為重要的基礎材料在農(nóng)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(zhì)，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(jié)晶內(nèi)隧道中不同類型的水分，從而改變孔洞結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)。

不同溫度下凹凸棒石成分和結(jié)構(gòu)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(nèi)部燒結(jié)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(jié)構(gòu)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(zhì)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(zhì)或者改進粒子對聚合物的結(jié)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(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，從而發(fā)生物種轉(zhuǎn)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(jié)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(jié)構(gòu)和孔道結(jié)構(gòu)，“精準、定向”地構(gòu)筑新型納米功能材料備受關注。凹凸棒石成為構(gòu)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(gòu)建智能響應自清潔涂層和仿生高強度結(jié)構(gòu)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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