中国粉体网讯 因为一场突如其来的肺炎疫情将本应该在3月举行的全国会议推迟了两个月，5月22日上午，总理做了《2020国务院政府工作报告》，总结了过去5年的工作成果，提出了工作部署和重点任务，其中涉及矿业内容10余项。其中，树立绿水青山就是金山银山的理念再次被提及:打好蓝天、碧水、净土保卫战，实现污染防治攻坚战阶段性目标。加强重大风险防控，坚决守住不发生系统性风险底线。
非金属矿石是相对于金属矿的一种矿产，种类繁多，达91种。并且，其中的部分矿石（如凹凸棒石、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、麦饭石、沸石、海泡石、累托石等）由于本身独特的多层结构，能够吸附污染物，在保护环境等方案上起到了重要的作用。另外，随着我国对非金属矿的重视程度加大，很多非金属矿产也已经被国家认定为战略性非金属矿。
凹凸棒石介绍
凹凸棒石是一种富含镁铝的黏土矿物，本身具有良好的吸附和离子交换性质。凹凸棒石晶体直径一般为几十纳米，长度短约数百纳米，长约几微米。凹凸棒石理论化学式为Mg5Si8O20(OH)2(OH2)4•4H2O，凹凸棒石富含金属阳离子（如Si、Al、Mg等），因而有较大的离子交换容量，可以与土壤中的重金属离子发生交换。随着我国工业经济的飞速发展，土壤重金属污染事件频繁发生。据统计，我国受到重金属污染的粮食已经达到1000万t以上，经济损失已超过200亿元。凹凸棒石单晶体内部为蜂窝状内孔道，单晶纤维以平行排列的形式存在，并且单晶纤维之间存在很多空隙，可以有效吸附Cd2+、Pb2+等重金属离子的土壤，达到治理土壤污染的目的。改性后凹凸棒石其性质得到进一步提高。改性凹凸棒石和凹凸棒石复合其他有机无机物及有益微生物，可以有效修复重金属污染农田土壤，调理土壤，增加土壤生物量。
另外，凹凸棒石储量丰富，开发成本低，操作处理简单，吸附性能优异，已取得可观的经济和社会效益。
凹凸棒石的改性方法
☆纯化
干法和湿法是对凹凸棒石进行纯化的两种主要方法。
干法处理不需使用助熔剂，其成本低、工厂化好，主要的作用方式是机械粉碎处理，通过改变机械处理强度和方式等，达到不同的粉碎目的。
湿法提纯是根据凹凸棒石的膨胀性、胶体性等性质，通过加入适当的药剂等进行纯化。湿法的资金投入更多，工序也较多，但得到的产品品质也相对较好。
☆高温改性
凹凸棒石中的水分主要有3种，分别为结晶水（以氢键形式与八面体边缘阳离子结合的水）、矿物内外表面吸附水和沸石水（结构空穴水）。凹凸棒石经过高温焙烧后，凹凸棒石中的水分被蒸发掉，凹凸棒石的比表面积变大，其吸附中心被活化，使凹凸棒石有更好的吸附效果。需要注意的是，高温改性也有一定限值，如果温度过高，凹凸棒石中的水会全部或部分丧失，凹凸棒石的化学结构被破坏，造成凹凸棒石吸附效果降低。
☆超声波、微波改性
超声波改性凹凸棒石无需机械搅拌，常温下就可以顺利进行，并且可以缩短反应时间。微波改性后凹凸棒石多孔内部的传质速度被加快，内扩散的影响被降低，并且受热物体额定介质不再必须为水，处理在液态下便可进行，过滤洗涤过程更容易，操作过程更加简化，减少能源的消耗。微波改性一般采用与有机改性相结合的方式，既能提高凹凸棒石的活性，同时有机改性剂也能更好地进入凹凸棒石的微观结构中，改性后凹凸棒石的吸附性能得到加强。
☆酸碱改性
在凹凸棒石晶体内部，四面体均含有活性的自由氧原子，活性自由氧原子指不同的指向性造成其八面体片的不连续性，致使很多孔道结构存在在平行于层状晶体延长方向上；另一方面，由于凹凸棒石的层状结构，使得其易形成聚集体，导致出现大小不一的间隙孔。
凹凸棒石经酸改性后，酸可以溶解凹凸棒石内部的多面体结构。同时，H+将凹凸棒石结构间的钠钾等金属离子替换掉，进一步使凹凸棒石的带电性发生变化，吸附性能得到改善。
☆有机盐改性
有机盐改性通常和物理改性相配合，首先对凹凸棒石进行纯化等操作，再加入有机盐，有机盐中基团可以取代凹凸棒石内部部分水和硅铝等阳离子。从而实现对凹凸棒石微观结构上的接枝聚合和交联反应，进一步提高凹凸棒石的疏水性能，提高吸附污水及土壤中的重金属离子的能力。
☆生物质改性
生物质改性采用水热法，将麸皮、菌渣和腐殖酸等材料与凹凸棒石充分混合，经过一定的加热工艺，制得纳米复合材料。该法不需大量资金，常温下便可进行，不需复杂的操作工艺。
凹凸棒石对重金属的吸附机理
基于凹凸棒石吸附特性，大量的研究人员对凹凸棒石处理环境中的重金属进行了研究。凹凸棒石通过离子交换吸附，离子络合，静电吸附，进入孔道稳定存在，形成氢氧化物微沉淀等方式吸附重金属，吸附过程中经常存在多种方式共同作用。
影响吸附效果的因素
研究发现，凹凸棒石对重金属吸附的研究结果显示影响凹凸棒石对重金属吸附与体系的pH值、温度和同离子效应有关。
体系的pH值对吸附效果往往起决定性作用，一般最佳的吸附效果pH值需适中。强酸条件下H+抑制凹凸棒石对重金属的吸附；强碱性情况下，重金属离子形成氢氧化物沉淀，使实际吸附率很低；在溶液中OH-浓度过高某些重金属还可能转为溶解态。
凹凸棒石吸附重金属的热力学焓值通常小于0，温度上升，吸附速率和吸附量都有所增加。Sheikhhosseini等研究Ni在25℃，35℃和45℃温度下在凹凸棒石上的吸附情况结果表明，温度的升高吸附的速率常数和平衡时对Ni的吸附量都会有所增加。
凹凸棒石在重金属污染土壤修复中的应用
改性凹凸棒石处理重金属污染土壤主要采用原位钝化的方法钝化土壤中的重金属离子或者改变其价态转化为无毒或者毒性较小的价态；或者使用修复剂吸附固定土壤中的重金属离子，减少动植物对重金属离子吸收。
沈金池等在基于凹凸棒土的土壤重金属污染的土壤调理剂研究一文中，采用宏观分析与微观分析，系统研究不同提纯、改性工艺处理后，凹凸棒土对土壤重金属离子的吸附、钝化效果，筛选出最优的凹凸棒土提纯与改性工艺。
经过试验研究发现，经HCl酸化提纯的凹凸棒土的平衡吸附量最高为5.43mg/g，对0.01mg/ml浓度腐殖酸的吸附率高达81.44%，明显优于其他四种提纯方法；当无机改性试剂为氢氧化钠时，相比凹凸棒土原矿土对Cu2+、Cd2+、Pb2+、Zn2+吸附性能分别提升37.56%、141.89%、16.15%、37.40%。
参考文献：
田振华等.凹凸棒石改性及其修复重金属污染土壤的研究
沈金池等.基于凹凸棒土的土壤重金属污染的土壤调理剂研究
杨敏等.凹凸棒石吸附重金属的研究进展
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