粘土矿物在环境保护中的应用研究

第40卷第3期Vol.40㊀No.3重庆工商大学学报(自然科学版)J Chongqing Technol &Business Univ(Nat Sci Ed)2023年6月Jun.2023粘土矿物材料用于水中硝酸盐去除的研究进展赵贺芳1,任梦娇1,王子杰2,张杰杰11.马鞍山学院建筑工程学院,安徽马鞍山2431002.东南大学土木工程学院,南京211189摘㊀要:硝酸盐污染威胁着环境安全和人体健康,储量高㊁易获取㊁低价高效的粘土矿物材料作为硝酸盐脱除剂极具潜力㊂首先从硝酸盐的特性和来源出发,介绍了用于水中硝酸盐去除的天然粘土矿物,包括高岭土㊁凹凸棒土㊁伊利石㊁海泡石和膨润土,发现它们普遍存在着离子交换容量较低㊁选择吸附性不高的问题㊂接着归纳了目前常用的改性方法和复合方法:两种方法均能有效提升粘土矿物材料对硝酸盐的脱除能力,改性技术能够改良其表面性质,调整表面官能团的种类和数量,其中表面活性剂改性所取得的成效更优;复合技术能够拓宽其功能性,获取更多的操作性和性能提升,其中同双金属离子或壳聚糖复合是更好的办法㊂然后分析了粘土矿物材料的毒性,总结出其具有制备低毒性和高生物相容性复合材料的潜力,但需要对改性剂的选择和使用浓度进行严格的控制㊂最后,展望了未来粘土矿物材料在硝酸盐去除方面的研究重点和发展方向,为开发用于硝酸盐去除的新型粘土矿物材料提供理论支持和参考㊂关键词:粘土矿物;硝酸盐;水处理;发展趋势中图分类号:X522㊀㊀文献标识码:A ㊀㊀doi:10.16055/j.issn.1672-058X.2023.0003.002㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀收稿日期:2022-05-11㊀修回日期:2022-06-16㊀文章编号:1672-058X(2023)03-0009-11基金项目:安徽省高校优秀青年人才支持计划项目(GXYQ2020097);安徽省高校自然科学基金重点项目(KJ2021A1233);国家级大学生创新创业训练计划项目(202113614009).作者简介:赵贺芳(1985 ),女,安徽宿州人,硕士,讲师,从事环境保护技术与工程㊁污水处理等研究.引用格式:赵贺芳,任梦娇,王子杰,等.粘土矿物材料用于水中硝酸盐去除的研究进展[J].重庆工商大学学报(自然科学版),2023,40(3):9 19.ZHAO Hefang REN Mengjiao WANG Zijie et al.Research progress of clay mineral materials for nitrate removal in water J .Journal of Chongqing Technology and Business University Natural Science Edition 2023 40 3 9 19.Research Progress of Clay Mineral Materials for Nitrate Removal in Water ZHAO Hefang 1 REN Mengjiao 1 WANG Zijie 2 ZHANG Jiejie 11.School of Civil Engineering Ma anshan University Anhui Maanshan 243100 China2.School of Civil Engineering Southeast University Nanjing 211189 ChinaAbstract Nitrate pollution threatens environmental safety and human health.Clay mineral materials with high reserves easy access low price and high efficiency have great potential as nitrate removers.Starting from the characteristics and sources of nitrate the natural clay minerals used for nitrate removal in water including kaolin attapulgite illite sepiolite and bentonite were introduced.They generally have the problems of low ion exchange capacity and low selective adsorption.Then the commonly used modification method and composite method were summarized.Both methods can effectively improve the nitrate removal ability of clay mineral materials.Modification technology can improve its surface properties adjust the type and quantity of surface functional groups and the effect of surfactant modification is pounding technology can broaden its functionality and obtain more operability and performance improvement among which the compounding with bimetallic ions or chitosan is a better way.Further the toxicity of the clay mineral material was analyzed.It is concluded that it has the potential to prepare composites with low toxicity and high biocompatibility but the selection and concentration of modifiers need to be strictly controlled.In the end the future research focus and development direction of clay mineral materials in nitrate removal were prospected.Theoretical support and references are重庆工商大学学报(自然科学版)第40卷provided for the development of new clay mineral materials for nitrate removal.Keywords clay minerals nitrates water treatment development trend1㊀引㊀言硝酸盐是不可再生的微量营养素,对人类生活至关重要,但在高浓度下却会对生命产生毒性㊂目前,因化肥㊁畜禽粪便㊁工业和生活废水等导致的地下水和地表水硝酸盐污染,在世界许多地区造成了严重的环境和健康问题,包括沙特阿拉伯㊁印度㊁英国㊁北美㊁澳大利亚㊁摩洛哥㊁中国和伊朗等[1]㊂近20年,仅通过农业活动,水资源中硝酸盐总体含量增加了1mg/L~3mg/L㊂由于硝酸盐污染,约85%的湖泊均遭受着富营养化威胁[2]㊂从水体中低成本㊁高效地去除硝酸盐愈加成为环境治理的重头,化学还原工艺㊁生物反硝化工艺等技术纷纷被应用在硝酸盐处理领域,并且收获了不少成效[3]㊂然而它们也存在着运行成本高㊁处理效果不稳定和会产生副产物等缺点,需要被进一步克服[4]㊂粘土矿物在我国储量高㊁获得简单㊁便宜,并且有着天然的吸附能力以及离子交换特性,使其在脱除硝酸盐方面获得了广泛的关注[5]㊂在过去的几十年中,众多研究者们致力于增强粘土矿物的硝酸盐脱除能力,通过与改性技术及复合技术的结合,其吸附容量㊁选择吸附性㊁可回收性等都得到了一定程度的提升㊂粘土矿物和粘土矿物复合材料,有望能够成为一种集高效性㊁经济性㊁安全性于一体的硝酸盐脱除剂㊂本文总结了当今国内外用于水中硝酸盐去除的天然粘土矿物㊁改性粘土矿物㊁粘土矿物复合材料的研究进展,归纳了用于提升粘土矿物脱除硝酸盐能力的改性方法和复合方法,分析了粘土矿物材料的毒性,展望了未来粘土矿物材料在硝酸盐去除方面的研究重点和发展方向,为开发用于硝酸盐去除的新型粘土矿物材料提供理论支持和参考㊂2㊀硝酸盐的特性及来源硝酸盐被认为是农业必需的矿物质之一,它在氮循环中发生的硝化㊁反硝化过程内起着重要作用[6]㊂硝酸盐是一种高水溶性离子,它不容易直接与土壤结合,但在水环境中能够保持很高的稳定性和溶解性,因此高浓度的硝酸盐被认为是地下水资源的常见污染物之一㊂同时,它也是刺激富营养化的元素之一,影响着水环境中氮的形式,包括了铵态氮㊁硝酸盐氮和亚硝酸盐氮[7]㊂水中的硝酸盐进入人体后,在胃内细菌的作用下,很容易转化为亚硝酸盐,并形成致癌的N-亚硝基化合物[8]㊂此外,有研究表明饮用水中的硝酸盐通过与胺发生化学或酶反应容易形成亚硝胺,导致新生儿患癌症和高铁血红蛋白血症㊂当饮用水中的硝酸盐浓度过高时,人体会出现利尿㊁淀粉沉积积累增加和脾脏肿大等问题[9]㊂我国和美国环境保护署(USEPA)规定饮用水中硝酸盐的最高限量(以N计)为10mg/L,世界卫生组织(WHO)和欧盟(EU)规定饮用水中硝酸盐的最高限量为50mg/L㊂对于动植物而言,硝酸盐㊁亚硝酸盐等形式的氮也是一种威胁,硝酸盐浓度的增加会导致水体的溶解氧含量降低㊁透光率降低以及生物多样性的减少㊂硝酸盐形成的中间产物是一氧化二氮,其具有引起全球变暖的潜在风险[10]㊂硝酸盐的主要来源可分为四类,包括市政污水㊁工业废水㊁农业废水和大气沉积㊂市政污水中的硝酸盐主要来自于生活污水和生活废水,包括人类家庭和工作中的清洗㊁洗浴㊁污水处理系统㊁化粪池系统等环节㊂工业废水中硝酸盐的来源范围更加广泛,包括果胶工业㊁炸药工业㊁化肥工业㊁金属加工工业和核工业等㊂农业废水中的硝酸盐主要来自于动物粪便㊁灌溉㊁动物饲料㊁化肥㊁杀虫剂㊁除草剂等㊂大气沉积包括腐烂有机物的解离和风暴径流[11]㊂根据已有的研究报道,部分不同来源的硝酸盐浓度如表1所示㊂工业行业废水的硝酸盐浓度通常在200mg/L以上,远高于普通的市政污水㊂这是因为工业行业在生产过程中通常会将硝酸或硝酸盐作为原材料或辅助剂,导致硝酸盐的直接富集,或在加工过程中添加大量的含氮有机物,使废水经分解间接造成硝酸盐污染㊂表1㊀部分不同来源的硝酸盐浓度Table1㊀Nitrate concentrations from different sources 来㊀源浓度/(mg㊃L-1)文㊀献市政污水3~10[12]生活污水3~5[13]生活废水5~7[13]一般工业废水>200[14]果胶工业废水1000[15]炸药工业废水1000[15]化肥工业废水1000[16]金属加工废水1000[16]金属清洗废水50000[16]核废水186000[16]3㊀天然粘土矿物的应用粘土矿物是含水层状硅酸盐,存在于土壤㊁海洋沉积物和泥质页岩中,它们的形成是热液作用㊁沉积或风化铝硅酸盐岩石的结果[17]㊂在天然粘土矿物中存在两01第3期赵贺芳,等:粘土矿物材料用于水中硝酸盐去除的研究进展个结构单元,分别是硅四面体和氧化铝或镁八面体,如图1所示㊂四面体片状四面体八面体片状八面体O 2-S i 4+(H )O 2-A l 3+/M g 2+(H )O2-图1㊀片状四面体和片状八面体结构[20]Fig.1㊀Structures of tetrahedral and octahedral sheets各种天然粘土矿物都是由四面体和八面体的不同组合形成的,其金属氧化物表面和硅酸盐粘土边缘羟基的质子化使得大多数天然粘土矿物均有着低至中等的阴离子吸附能力[18]㊂基于Web of science 核心数据库2011 2021年关于 Clay minerals 和 Nitrate 的主题文献检索(图2(a)),可以发现在国际上近10年来的相关研究发文数量呈现稳定状态,对于粘土矿物与硝酸盐的关联探索长期维持着热度㊂而从不同发文国家/地区的网络图谱来看(图2(b)),美国和中国的研究占据了主要地位,表明了我国对粘土矿物脱除硝酸盐的研究投入较多而且产出了较多的研究成果㊂但是,天然粘土矿物普遍存在着离子交换容量较低㊁选择吸附性不高的问题[19]㊂因此,它们很少直接用于脱除水环境内的硝酸盐,有关研究文献也较少㊂即便如此,对于含有富粘土地层的地区而言,数量可观的天然粘土矿物依旧有不错的处理能力可被利用㊂目前,对于天然粘土矿物材料直接应用的研究主要包括了高岭土㊁凹凸棒土㊁伊利石㊁海泡石和蒙脱石㊂我国的粘土资源种类丰富,除了上述粘土矿物之外,红粘土㊁黄土㊁硅藻土等储量也非常充足,但是缺乏将其应用于硝酸盐脱除的相关研究,可以作为研究者未来关注的方向㊂807060504030201020112012201320142015201620172018201920202021年份发表文献数量（篇）5962615457726560697146(a )2011 2021年发文量分布情况(b )2011 2021年不同发文国家/地区的网络图谱图2㊀2011 2021年以粘土矿物和硝酸盐为主题的文献统计分析Fig.2㊀Aanlysis of literature statistical results onclay minerals and nitrates from 2011to 2021.3.1㊀高岭土高岭土(KN)是一种具有双层构造的无机粘土矿物,呈层状白色,它是通过热液改造或风化含有富铝硅酸盐的酸性火成岩形成的,这种矿物也可能存在于花岗岩和片麻岩中㊂其结构方程是Al 2Si 2O 5(OH)4,元素组成构成分别有SiO 2(45.68%)㊁Al 2O 3(40.45%)和H 2O (13.87%),其结构如图3所示[21]㊂KN 硅酸盐层内有Al 3+对Si 4+的同相置换,有助于去除硝酸盐㊂但是,KN 的层间位置会被易交换的OH 基团所占据,并且存在着过滤压降㊁比表面积低㊁吸附能力低等问题[22]㊂KN 是一种不膨胀的粘土矿物,相较于膨润土等膨胀粘土,在层间区域缺乏可交换阳离子的存在,其表面积及阳离子交换能力要小得多㊂Mohsenipour 等[23]评估了KN 在酸性条件下对硝酸盐还原的影响,结果显示在pH 值为4㊁温度为20ħ的环境中,对于高浓度以及低浓度的溶液,约25%的硝酸盐都能被吸附在KN 上㊂另外从吸附等温线的分析结果来看,Freundlich 模型在预测硝酸盐吸附方面比Longmuir 模型更准确㊂并且,在KN 的存在下,饱和区硝酸盐污染的延迟因子约为4,表明了KN 可被用于去除水环境中的硝酸盐㊂O O H A l S i图3㊀高岭土的结构示意图[24]Fig.3㊀Structure of kaolin11重庆工商大学学报(自然科学版)第40卷3.2㊀凹凸棒土凹凸棒土(ATP)是一种水合结晶型铝镁硅酸盐矿物,同时也是一种稀有的非金属矿资源㊂ATP由镁铝硅酸盐构成,理想结构方程为[Mg5][Si8O20](OH)2 (OH2)4㊃4H2O,如图4所示㊂其结构中的重要元素,是长方向上平行于c轴的角闪石双硅链㊂平行于c轴的双硅链以其纵向边缘的氧原子连接在一起,构成凹土的结构㊂在连续链中,四面体的顶点指向相反的方向,在层结构的底部和顶部交替间隔形成一种特殊的双层棱纹层,由两排四面体顶点组成㊂与双硅链一样,水分子链与c轴平行,填满了角闪石链之间的空隙[25]㊂从性能上看,ATP由于其独特的纤维晶体结构,具备了孔隙丰富㊁比表面积大的优势,同时外层羟基作为吸附位点提供了静电吸引的能力㊁外层络合效应以及较高的离子交换容量,使其在水处理范围应用广泛[26]㊂根据已有的研究,ATP的吸附性能和相应酸活化或热活化比表面积显示正向关联㊂Dong等[27]的研究报道了ATP对硝酸盐的去除能力,在硝酸盐含量20mg/L㊁ATP加入量2g/L㊁温度25ħ㊁接触时长12h的实验环境下,ATP对硝酸盐的去除率约为5%㊂H2O O H M g或A lO H2O S i图4㊀凹凸棒土的结构示意图[28]Fig.4㊀Structure of attapulgite3.3㊀伊利石伊利石(IMt-1)为2ʒ1铝硅酸盐,主要存在于页岩等沉积岩中,它是由KN在自然反应下变化而来的天然粘土矿物㊂IMt-1的结构方程为K0.75(Al1.75R) [Si3.5A l0.5O10](OH)2㊂结构如图5所示,其内部晶格包括两个硅心四面体片所围绕的一个铝心八面体片,通过四面体氧尖端和八面体羟基相互连接,铝中心只存在于三分之二的八面体片上,四面体层中的Si4+离子对低价态AI3+离子的同构取代敏感性较低[29]㊂IMt-1表面净负电荷被层间的K+离子中和,一些离子可以与阳离子进行交换,如H+㊁Ca2+和Mg2+㊂IMt-1对硝酸盐的还原,主要依赖于结构中的Fe2+与铁氧化菌的协同作用,将亚硝酸盐当成中间体进而还原成为氮气,同时这一微生物过程也促进了伊利石向其他岩石形态的转化[30]㊂Zhao等[31]研究了IMt-1对硝酸盐的去除过程,结果发现IMt-1样品的Fe2+浓度会随着反应时间的延长而降低,表明铁氧化菌能够氧化IMt-1内部的二价结构铁,而且最多仅需7d,IMt-1就能完全脱除水样内的硝酸盐㊂由于反应具有瞬变性,在实验任何时间点均可监测出NO和N2O存在㊂O2-O HA l3+,M g2+o r F e2+S i4+图5㊀伊利石的结构示意图[24]Fig.5㊀Structure of illite3.4㊀海泡石海泡石通常出现在沉积物和土壤中,是一种呈现微纤维构造的天然硅酸镁矿物,由二维四面体SiO5片组成,属于2ʒ1层状硅酸盐体系,分子式为(Si12)(Mg8)O30 (OH)4(OH2)4㊃8H2O,其结构如图6所示㊂海泡石的结构呈纤维状,其中包含由镁原子组成的平行四面体片㊂在SiO4条带中连续倒置的顶端氧原子常常引起八面体片的断裂,这些断裂使得构造通道形成,它们垂直于海泡石晶体的c轴以及条状结构[32]㊂通常,海泡石的比表面积接近于900m2/g,还存在着较强的化学㊁力学稳定性㊂海泡石的广泛可用性㊁成本效益㊁较强的吸附能力,使其在硝酸盐的去除方面被应用[33]㊂Ozturk等[34]的实验证明了海泡石对吸附硝酸盐的饱和容量最高为3.4mg/g,酸性的环境对于整个吸附进程有着促进效果,这可能归因于随着与海泡石接触的水相pH值的降低,海泡石表面上形成了过量的正电荷㊂拟二阶动力学模型更为贴切地拟合了吸附进程,从而验证了发生的活化吸附机制涉及硝酸盐和海泡石表面的活性位㊂ab S i O M g O H O H2H2O图6㊀海泡石的结构示意图[35]Fig.6㊀Structure of meerschaum21第3期赵贺芳,等:粘土矿物材料用于水中硝酸盐去除的研究进展3.5㊀膨润土膨润土(Bent)主要由蒙脱石粘土矿物组成,通常产生于水热合成或脱硝作用以及火山灰的化学变化,其分子式为(Na)0.7(Al3.3Mg0.7)Si8O20(OH)4㊃nH2O,结构如图7所示㊂其具有2ʒ1的铝硅酸盐结构,由一个铝为中心的八面体层夹在两个硅为中心的四面体层之间㊂Bent的表面带有净负电荷,这是由于八面体AI3+离子被价态较低的Fe2+和Mg2+等金属离子同构取代而产生的㊂类似的取代可能发生在它的四面体层中,Si4+离子被价态更低的铝AI3+离子取代,由此产生的表面负电荷被位于薄片层间区域的H+㊁K+㊁Na+和Ca2+等交换性阳离子中和[36]㊂Bent具有溶胀性好㊁表面吸附和离子交换性能强的优势,在工业和商业领域均有应用㊂在水处理领域中,Bent可以被用于吸附重金属和有机污染物等,也可应用于充当废水的混凝剂和废水处理过程中的污泥脱水环节㊂张庆乐等[37]研究表明了Bent对硝酸盐具有一定的吸附能力,当原水的硝酸盐浓度为25mg/L时,Bent对硝酸盐的去除率约为5.68%㊂OS iA lO HM g,F e图7㊀膨润土的结构示意图Fig.7㊀Structure of bentonite4㊀改性粘土矿物的应用天然粘土矿物的吸附能力一般会低于多孔硅或活性炭等多孔材料,为了提高这些廉价材料的吸附能力,科学界已经发展了各种策略来提高吸附能力㊂应用于改性天然粘土矿物的技术方法有很多,包括酸改性㊁表面活化剂改性㊁热改性㊁盐改性以及接枝改性等[38]㊂对于不同的天然粘土矿物和目标污染物,选择合适的改性方法能够使处理效果大幅提高㊂图8中统计了Web of science核心数据库2011 2021年用于硝酸盐去除的粘土矿物改性方法发文量占比情况,可以发现国际上对于改性粘土矿物的研究数量远超于天然粘土矿物,并且近年来的研究主要集中于酸活化改性和表面活性剂改性,两者的改性机理如图9所示㊂表2展示了粘土矿物在改性前后的硝酸盐脱除能力情况,酸活化改性和表面活性剂改性均有益于提升粘土矿物的硝酸盐脱除能力㊂酸改性热改性表面活性剂改性其他接枝改性天然粘土矿物5%7%3%32%53%<1%图8㊀2011—2021年用于硝酸盐去除的粘土矿物改性方法发文量占比Fig.8㊀Proportion of publications on clay mineral modification methods used for nitrate removal from2011to2021片状四面体酸活化改性表面活性剂改性图9㊀粘土矿物酸活化改性和表面化学改性机理图Fig.9㊀Mechanism diagram of acid activation modification and surface chemical modification of clay minerals表2㊀粘土矿物不同改性方法的硝酸盐去除能力Table2㊀Nitrate removal capability of different modificationmethods of clay minerals粘土矿物改性方法硝酸盐初始浓度/(mg㊃L-1)硝酸盐去除能力/(mg㊃g-1)文献高岭土480 1.24[23]H3PO4活化7015.00[40]HDTMA4-CEC表面活性剂改性100 4.87[41]海泡石100 3.4[34]HCl活化1009.80[34]DEDMA-Br表面活性剂改性2028.11[42]膨润土150 1.65[37]HCl活化408.90[43]H2SO4活化407.50[43]HDTMA4-CEC表面活性剂改性性10014.76[41]31重庆工商大学学报(自然科学版)第40卷4.1㊀酸活化改性酸处理活化粘土矿物,是增加层状硅酸盐骨架孔隙度最简单㊁最快的处理方法,它是粘土矿物与盐酸㊁硫酸等酸性物质反应的化学过程,过程内粘土矿物的金属阳离子会和氢离子交换致使去羟基化反应,致使粘土矿物外层的酸性基团增加,这有助于提升粘土矿物的吸附能力[44]㊂张素芳等[45]的研究对比了0.5%~ 15%的盐酸对天然膨润土改性效果,结果证明了酸溶液浓度和膨润土的吸附效能展现出负相关联系㊂因此,改性过程中选择合适浓度的酸溶液非常重要,高浓度的酸改性可能会对粘土矿物造成不利影响㊂Lei等[46]采用磷酸进行了高岭石的酸改性并引入了更多的H+,改性后的高岭石能够与合成的MgeAl层状双水滑石(LDH)前体协同作用,从而提高了对硝酸盐的去除率㊂Mena-Duran等[43]为了改变粘土矿物的构造特性,使它具有更大的孔隙率和表面积,从而提升硝酸盐的脱除效能,分别使用了硫酸和盐酸对天然膨润土实施了酸热活化㊂最终发现,硝酸盐的吸附量与吸附时间成正比,膨润土在被盐酸活化之后具有更高的硝酸盐脱除能力,可达22.28%㊂粘土残渣中存在的KCl证实了材料具有离子交换作用,而BET面积得测量结果表明了比表面积与硝酸盐去除能力之间没有直接关系㊂因此在酸活化改性过程中,根据不同的粘土矿物种类,选择合适的酸种类,优化酸溶液浓度㊁反应时间等操作条件非常重要,这直接影响硝酸盐的脱除效率㊂4.2㊀表面活性剂改性通过表面活性剂对天然粘土矿物进行改性,能够改良粘土矿物原有的表面性质,其包含的阳离子或阴离子基团还能够增强粘土矿物对于硝酸盐的吸附能力[47]㊂对于阴离子的去除,表面活性剂的有机阳离子可以与粘土的无机阳离子实施交换,这一过程使原本亲水的有机粘土转换成疏水,也促进了它对硝酸盐的吸附㊂另外,对于疏水键的利用不仅致使粘土矿物愈加稳定,还促进了阳离子表面活性剂的表层插入[48]㊂Duarte等[49]将十六烷基三甲基铵离子作为改性物质,研究调查了将其插入蒙脱土后在水性介质中去除硝酸盐的效率㊂初步测试表明,用氨基丙基三乙氧基硅烷和十八烷基胺官能化的纳米粘土在硝酸盐吸附方面最有效,另外改性蒙脱土对硝酸盐的吸附是物理的㊁自发的,且与硝酸盐有很好的亲和力㊂Gatti等[50]使用了氨基丙基三甲氧基硅烷当作天然粘土的改性物质,并且成功获取了新型改性材料Mn-S,并探究了其从水中去除硝酸盐的潜在能力㊂结果表明,Mn-S的阳离子吸附能力几乎是改性前的3倍,硝酸盐的吸附主要发生在-NH3+的表面基团上㊂较低的pH能够更为有效地促成吸附反应,并且随着pH的增加,硝酸盐的脱除率减少㊂将pH控制位于3可以获得0.8mmol/g的单层吸附容量㊂在表面活性剂改性之后,再实施镧改性,有助于粘土矿物进一步提升硝酸盐的脱除性能㊂Luo等[51]选用了蒙脱石(Mt)作为基质,并且将镧(La)和阳离子双子表面活性剂当作逐步改性物质,得到了能够共同吸附磷酸盐和硝酸盐的改性粘土矿物LaOMt㊂研究证明,改性之后La以LaCO3OH形式存在,双子表面活性剂则插入进了Mt层间空间㊂LaOMt对硝酸盐的吸附容量是0.84mmol/g,去除作用主要归因于与溴离子的离子交换以及与从Mt层释放的-R4N+基团的相互作用㊂另外,溶液中所含有的磷酸盐帮助LaOMt的水合也增进了硝酸盐的脱除㊂Wu等[52]则针对沸石使用类似的方法制取了以十六烷基三甲基溴化铵(HDTMA)和La为改性物质的新型材料SMZ-La,并且研究了其对硝酸盐的吸附性能㊂结果表明,SMZ-La比两种单组份物质改性后获得的材料具有更高的吸附容量(3.82mg/g)㊂通过一系列表征发现,HDTMA被双层装载在沸石的外层上,La则被装载在沸石的孔中,而HDTMA和La的引入均不会改变沸石的原始晶体构成㊂因此,选择不同的表面活性剂能够强化粘土矿物对硝酸盐的物理吸附或化学吸附性能,对于表面活性剂的选择以及改性条件的控制至关重要㊂在表面活性剂改性后,继续联用La改性或其他改性方法以进一步提高粘土矿物的硝酸盐脱除能力,是未来值得关注的研究方向㊂5㊀粘土矿物复合材料的应用相比于通过改性的方法来改善粘土矿物的硝酸盐处理效能,将粘土矿物与其他材料进行复合有着更广泛的操作空间,并且通常能够获得更高的性能提升㊂合成开发能够用于硝酸盐去除的新型粘土矿物复合材料是目前研究的重点和热点,主要集中于和金属㊁壳聚糖以及磁性纳米粒子的复合㊂近年来,诸如金属有机框架㊁碳纳米管等新型材料得到了飞速的发展,也为进一步拓展粘土矿物脱除硝酸盐的性能和应用场景提供了新的途径,但是缺乏相关的研究报道,研究者可以在41第3期赵贺芳,等:粘土矿物材料用于水中硝酸盐去除的研究进展未来作进一步的探索㊂5.1㊀粘土矿物和金属的复合粘土矿物可以通过和金属的复合,利用其所带的正电荷和金属氧化物表面的羟基,来强化对硝酸盐的吸附作用[53]㊂Omorogie等[54]分别将铁㊁锌两种金属和高岭土在真空(VHYCA)下进行复合,得到了Zn-VHYCA和Fe-VHYCA两种金属-粘土矿物复合材料㊂其研究结果表明,与表面活性剂改性的粘土矿物材料相比,通过使用锌进行金属复合而得到的新型材料从水溶液中去除硝酸盐的效率更高,Zn-VHYCA和Fe-VHYCA吸附剂可分别从水溶液中去除98%和85%的硝酸盐㊂一些研究证明,采取双金属复合脱除硝酸盐的效能要优于单金属复合㊂Jia等[55]将硅㊁铝和粘土矿物进行复合,得到了一种Si-Al多孔粘土矿物材料(PCMW),并作为吸附剂用来除去地下水中的硝酸盐㊂结果表明,PCMW吸附硝酸盐的最高容量是5.30mg/g,颗粒内扩散和液膜扩散是吸附进程的两个控制因素㊂Cai等[56]合成一种高岭石负载的双金属Fe/Ni纳米颗粒(K-Fe/Ni)用于同时脱除Cu2+和硝酸盐,结果表明,使用K-Fe/Ni去除Cu2+或硝酸盐是相互影响的㊂具体而言,在200mg/L的Cu2+存在下,硝酸盐的降解率为42.5%,而当不存在Cu2+时,硝酸盐仅还原了26.9%㊂在不存在或存在硝酸盐的情况下,去除Cu2+也获得了相似的结果㊂除此之外,将贵金属(如Pd㊁Pt㊁Ir)和促进剂金属(如Cu㊁Ag㊁In)作为不同的活性组分涂敷在粘土矿物上进行复合,还可以起到催化的作用[57]㊂Yun等[58]将钯㊁铜和硅藻土进行结合,制备出了新型材料Pd-Cu/硅藻土双金属粘土矿物,并且和零价铁联用进行硝酸盐的催化还原㊂在零价铁投加5g/L㊁钯/铜质量比3ʒ1㊁Pd-Cu/硅藻土投加4g/L㊁反应时间2h 的环境中,实现了67%的硝酸盐脱除率和62%的氮气选择性㊂5.2㊀粘土矿物和壳聚糖复合壳聚糖源自于甲壳素,通过去乙酰化处理而得来,存在着生物可降解㊁机械强度差㊁化学稳定性低㊁难以分离等局限性,将壳聚糖与粘土矿物进行复合可显著改良两者的缺陷,提高对污染区的去除性能[59]㊂Kumar等[60]将壳聚糖包埋高岭土粘土结合成了壳聚糖和高岭土复合材料(CSKN),为提高CSKN复合材料的吸附能力和选择性,采用原位沉淀法以及水热法把氧化锆(ZrO(OH)2)包覆于CSKN上得到Zr@CSKN复合材料,并用于去除硝酸盐和磷酸盐㊂研究结果表明:Zr @CSKN复合材料比单个原料表现出更强的去除能力,吸附硝酸盐和磷酸盐的最高容量达到了34.62mg/g和40.58mg/g㊂金属㊁壳聚糖和粘土矿物的共同复合,有时能进一步发挥三者的协同作用,强化对硝酸盐的脱除性能[61]㊂Banu等[62]研究了镧包覆壳聚糖-高岭土(LCK)杂化复合材料的吸附性能和机理,并将其用于水中硝酸盐和磷酸盐的去除㊂LCK杂化复合物具有极高的吸附能力和稳定性,其吸附机制遵循离子交换㊁络合和静电相互作用的机制,对硝酸盐和磷酸盐的吸附容量分别为87.11mg/g和106.48mg/g㊂Cheng等[63]将壳聚糖用作交联剂以将铁㊁铝双金属颗粒负载到膨润土上,制备了Fe-Al双金属壳聚糖膨润土(Fe-Al双金属@弯曲)复合物,用于在低温下有效去除废水及其副产物中的硝酸盐㊂该复合材料在60min内,对浓度为50mg/L 的硝酸盐废水的去除效率约为90%㊂证明了壳聚糖,膨润土和双金属具有优异的协同作用,这可以有效提高反应速率㊁pH缓冲能力㊁减少二次污染和硝酸盐危害㊂5.3㊀粘土矿物和磁性纳米粒子的复合磁回收技术由于不产生絮凝剂和混凝剂等二次污染物,能够在最短时间内处理大规模的废水,是环境修复的替代技术之一㊂粘土矿物与铁的氧化物复合已经被证明能够强化原有的吸附能力㊂Dehestaniathar等[64]将Fe2O3和硅藻土进行了结合,考察了硝酸盐对于Fe2O3/硅藻土上的吸附情况㊂实验结果表明:控制pH 位于4.5,可以最大程度地脱除硝酸盐㊂对于整个吸附剂剂量,去除效率和接触时间表现成比例关系㊂此外,硝酸盐的吸附量同吸附剂浓度之间也存在着相类似的趋势㊂Fe2O3/硅藻土的最佳加入量是5g/L,对于初始硝酸盐含量位于20㊁60和100mg/L,100min后硝酸盐的去除量分别为93%,85%和79%㊂对于具有离子交换特性的粘土矿物,与磁性材料结合能够增强相互作用的静电力,最终导致吸附效能的增强㊂Khatamian等[65]选用了化学共沉淀和超声方法合成了纳米级的Fe3O4/膨润土吸附剂,然后把获得的纳米复合吸附剂用于脱除水和工业废水内的硝酸盐㊂控制pH位于5㊁接触时间90min㊁吸附剂量0.6g㊁最初硝酸盐含量30mg/L的环境中,使用获取的新型材料吸附剂展现出最佳的硝酸盐脱率(79%)㊂另外,对制药厂内工业排水实施了测试,以评估复合材料对BOD和COD的处理能力㊂结果表明,使用2g的合成51。

xrd 粘土矿物类型（原创版）目录1.粘土矿物的定义和重要性2.XRD 技术在粘土矿物研究中的应用3.常见粘土矿物类型及其 XRD 特征4.XRD 技术在粘土矿物类型鉴定中的优势和局限性正文粘土矿物是一类具有重要经济价值和环境意义的自然矿物，广泛应用于陶瓷、建筑、石油化工等领域。

粘土矿物的研究对于了解其性质、开发利用和环境保护具有重要意义。

X 射线衍射（XRD）技术作为一种重要的矿物学研究手段，在粘土矿物研究中发挥着关键作用。

XRD 技术是一种非破坏性、快速、高灵敏度的分析方法，可以获取矿物的晶体结构、相组成、物相分布等信息。

在粘土矿物研究中，XRD 技术可以用于矿物相的鉴定、矿物组成的定量分析、晶体结构的解析等。

常见的粘土矿物类型包括高岭石、伊利石、蒙脱石、绿泥石等。

这些粘土矿物在 XRD 图谱上具有明显的特征。

例如，高岭石的 XRD 图谱呈现出明显的双峰，伊利石的图谱中则有较弱的双峰。

通过分析 XRD 图谱，可以快速准确地鉴定粘土矿物的类型。

XRD 技术在粘土矿物类型鉴定中的优势主要表现在以下几个方面：首先，XRD 技术具有较高的分辨率和灵敏度，可以准确地分析粘土矿物的晶体结构和组成；其次，XRD 技术是一种非破坏性分析方法，对样品没有损害，可以保存样品的原始状态；最后，XRD 技术分析速度快，可以实现批量样品的快速分析。

然而，XRD 技术在粘土矿物类型鉴定中也存在一定的局限性。

对于一些复杂的粘土矿物样品，XRD 图谱可能呈现出复杂的特征，需要结合其他分析方法进行综合分析。

此外，XRD 技术的分析结果受到实验条件、样品制备等因素的影响，需要经验丰富的实验人员进行数据处理和解析。

总之，XRD 技术在粘土矿物类型鉴定中具有重要作用，可以快速准确地获取粘土矿物的晶体结构和组成信息。

有机粘土矿物对污染环境修复的研究进展摘要:要对有机粘土矿物和改性粘土的性质、吸附性能、影响重金属和有机污染物的规律和因素。

有机粘土在环境科学中的重要性，同一有机粘土的特性、有机粘土在各种有机污染物中的吸附顺序和方法，地下水污染、垃圾填埋场和工业废水中的添加剂等，可作为工业废水处理中垃圾填埋场的添加剂。

土壤变化可以将有机污染物纳入地下水，并与微生物降解相结合，提供新的技术来改善地下水污染，提高环境修复的效率。

关键词:有机粘土矿物;污染环境修复；策略前言随着我国工业的发展，许多化学污染物以多种方式进入环境，对人类和环境造成直接或潜在的危害。

有机粘土矿物的细胞、各种表面和结构、分布和吸收、离子交换、吸附等，对环境修复产生很大的影响。

要改变粘土矿物，用于粘土矿物的利用和污染物修复已成为研究的重点。

基于现代矿物学、化学和生态学的相互关联和复杂的应用，矿物质或轻微改变的天然矿物质具有环境修复，并被广泛有效地使用。

有机粘土矿物是具有不规则转变结构的颗粒，由现有的细颗粒制成，用有机阳离子表面活性剂改性的粘土矿物可以得到有效利用，控制环境污染，改善环境。

一、有机粘土矿物的制备有机粘土矿物的特点是从环境中吸收离子，由于具有很强的吸附性、离子交换性和溶解性，粘土矿物对水体中的各种污染物具有良好的吸附性能。

有机粘土矿物含有大量可替代的无机阳离子，如钠和钙，有机物是非极性分子。

阴离子氧键和氢氧键与有机基团改性剂用合适的化合物处理，在无机和有机物质之间形成分子桥，从而提高强度，实现表面变化，增加疏水性有机粘土对水体和土壤的影响。

因此，污染物吸附剂被广泛用作油罐有机排放的添加剂。

用改性的粘土，粘土的内层需要附着三层，甚至以增加互连，从而形成吸附表面，可以增加变化的影响，提高有机成分的吸附能力，控制环境污染，广泛使用有机污染物改善环境。

性质是变量的类型、有机物的强度和性质，可以说之间的相互作用是有机粘土矿物化学、有机化学的产物[1]。

我国粘土矿物的分布规律一、引言粘土矿物是一种自然界普遍存在的矿物质，具有广泛的应用价值。

我国是世界上资源储量丰富、多样性发展的粘土矿物资源大国。

本文将对我国粘土矿物的分布规律进行探讨，以增加对我国粘土矿物资源特点的理解。

二、我国粘土矿物资源概述我国粘土矿物资源主要包括膨润土、硬质粘土、板岩和沉积性粘土四类。

膨润土是一种常见的粘土矿物，具有良好的膨胀性和吸水性。

硬质粘土是一种坚硬的粘土矿物，常用于制作砖瓦、陶瓷等。

板岩是一种含有粘土矿物的变质岩石，可用于建筑和雕刻。

沉积性粘土是一种自然形成的粘土矿物，广泛应用于土壤改良、固废处理等领域。

三、我国粘土矿物的地理分布3.1 膨润土的分布膨润土主要分布在我国西南地区，包括四川、云南、贵州、湖南等省份。

其中，四川省膨润土资源储量最为丰富，占全国总储量的70%以上。

云南和贵州的膨润土资源也十分丰富，是我国重要的膨润土生产基地。

3.2 硬质粘土的分布硬质粘土主要分布在我国北方地区，如河北、山东、陕西、内蒙古等省份。

其中，河北省的硬质粘土资源储量最为丰富，占全国总储量的50%以上。

山东省和陕西省也是我国硬质粘土资源重要的产地。

3.3 板岩的分布板岩主要分布在我国华北地区和西南地区。

华北地区的板岩资源丰富，如河北、山西、河南等省份。

西南地区的板岩资源也相当丰富，包括四川、云南、贵州等省份。

3.4 沉积性粘土的分布沉积性粘土广泛分布于我国各地的平原、盆地和海域。

其中，长江流域、珠江流域、淮河流域和黑龙江流域等地的沉积性粘土资源较为丰富。

此外，海南岛周边海域的沉积性粘土也储量巨大。

四、我国粘土矿物的开发利用我国粘土矿物资源的开发利用主要集中在陶瓷工业、建材工业和环境工程领域。

由于粘土矿物具有良好的黏结性和模塑性，广泛用于陶瓷制品（如瓷器、砖瓦）、建筑材料（如砖坯、水泥）和环境材料（如固废处理、土壤改良）等生产中。

4.1 陶瓷工业我国陶瓷工业是世界上最大的陶瓷生产国，膨润土是陶瓷生产的重要原料。

粘土矿物的结构及其对环境污染物的吸附行为粘土矿物是一种重要的地质资源，广泛存在于自然环境之中。

它们结构稳定，比表面积大，拥有优秀的吸附性能，因此在环境治理和废水处理等领域有广泛的应用。

一、粘土矿物的结构粘土矿物的结构单位是孪生层，孪生层由硅氧四面体和氢氧八面体构成。

硅氧四面体为一氧化硅与三氧化硅组成的六角形结构，氢氧八面体为氢氧化铝二面体结构。

这两种元素交替排列，形成一个双层板状结构，内层氢氧八面体的底面朝着粘土矿物表面，两层之间由阴离子静电作用结合。

粘土矿物的种类有很多，常见的有蒙脱石和伊利石。

蒙脱石表面带有负电荷，因此能够吸附阳离子和中性分子，如氨气、甲烷、氢气等。

伊利石也有负电荷，但吸附的是主要是某些有机物和阴离子物质。

粘土矿物的层数和吸附性质都与晶体结构密切相关。

二、粘土矿物的吸附特性粘土矿物的吸附特性是由其表面化学性质和孔道结构决定的，因此不同的粘土矿物对不同的污染物有不同的吸附表现。

例如，对于有机物质，表面上的静电作用和氢键作用是吸附的主要原因。

粘土矿物表面上的负电荷会吸引阳离子或带正电的有机物，因此吸附基本上是键合作用。

粘土矿物对重金属污染物的吸附作用因金属离子的性质而异。

通常来说，单一金属离子被粘土矿物吸附的速率十分快，半衰期数秒至几分钟之间，而对于两种或以上的金属离子来说，吸附的速率远慢于单一金属离子。

三、粘土矿物在环境治理中的应用粘土矿物广泛应用于环境治理和废水处理等领域。

例如，可将粘土矿物作为一种吸附剂来去除废水中的污染物，如铅、镉、砷、铬等重金属，或有机污染物如苯、甲苯、乙苯、二甲苯等。

此外，由于粘土矿物吸附能力优异，因此常用于土壤修复。

土壤中的污染物对植物生长的影响很大，而粘土矿物的吸附能力可以将污染物从土壤中移除，从而改善土地生态环境。

四、结语总的来说，粘土矿物的结构特殊，吸附特性优秀，因此在环境治理和废水处理等方面有广泛的应用前景。

尽管粘土矿物的种类较多，但其解决污染问题的吸附机制本质上是类似的。

粘土矿物特征与沉积环境关系的初步探讨
粘土矿物是由沉积作用形成的水和沉积物组成的多层粘土质的颗粒组成的复杂
的合成体。

研究发现，粘土矿物特征可能反映出沉积环境的状态和历史，因此，研究粘土矿物特征与沉积环境的关系具有重大的科学意义和应用价值。

通常，沉积环境决定了粘土矿物的形成条件。

沉积环境可分为污染性和非污染性。

污染性沉积环境主要受外界影响，是有毒物质、有害物质和降解产物(如垃圾、废水和空气污染)的混合物，可以影响沉积物形成的粘土矿物的形态和组成，有时
改变粘土矿物的岩石物理参数;非污染性沉积环境，是地质演化和沉积过程中沉积
层发育厚度、粘土矿物形态以及粘土矿物分布和成分特征的唯一决定因素。

有趣的是，粘土矿物体系中均存在不同程度的类型散布，比如以改善质地或休
止条件、以固化物质主体存在形式或有效载体，均可调整表征沉积环境的粘土矿物。

具体而言，粘土矿物可以做到根据污染性和非污染性沉积环境的特征，确定沉积体的沉积程度、沉积体的特殊情况(如矿产资源、工程应用及海岸治理)等。

总之，通过研究粘土矿物特征与沉积环境的关系可以为研究者提供科学依据，
以更准确的意义理解沉积环境的历史，在矿产资源勘查、海洋环境保护及地质工程应用中发挥重要作用。

xrd 粘土矿物类型摘要：一、XRD 粘土矿物类型的简介二、XRD 粘土矿物类型的分类1.蒙脱石2.伊利石3.高岭石4.绿泥石5.其他类型三、XRD 粘土矿物类型的应用领域1.环境保护2.石油化工3.建筑材料4.医药卫生5.其他领域正文：XRD 粘土矿物类型是一种通过X 射线衍射技术对粘土矿物进行分类的方法。

粘土矿物广泛分布于自然界，具有独特的物理、化学性质和广泛的应用价值。

根据XRD 图谱特征，粘土矿物可分为蒙脱石、伊利石、高岭石、绿泥石等主要类型，以及一些其他类型的粘土矿物。

蒙脱石是一种最常见的粘土矿物类型，其结构特点是由层状硅酸盐片组成，片间通过水分子结合。

蒙脱石具有良好的吸附性能、离子交换能力和润滑性能，广泛应用于石油化工、环境保护等领域。

伊利石是一种含水硅酸盐矿物，其结构中包含四面体硅酸盐和八面体铝酸盐片。

伊利石具有高熔点、高硬度和耐酸碱腐蚀等特点，主要应用于建筑材料、陶瓷工业等领域。

高岭石是一种重要的粘土矿物类型，其结构由硅酸盐和铝酸盐片交替排列组成。

高岭石具有优良的悬浮性能、分散性能和增稠性能，广泛应用于石油化工、涂料、建筑材料等行业。

绿泥石是一种富含镁的硅酸盐矿物，其结构特点是由四面体硅酸盐片和八面体镁离子组成。

绿泥石具有良好的抗压强度、抗磨损性能和抗腐蚀性能，主要应用于环保、石油化工、建筑材料等领域。

除了上述四种主要的粘土矿物类型外，还有一些其他类型的粘土矿物，如海泡石、蛭石、凹凸棒石等。

这些粘土矿物具有各自独特的结构和性能，广泛应用于医药卫生、环境保护、石油化工、建筑材料等众多领域。

总之，XRD 粘土矿物类型是一种重要的分类方法，通过对粘土矿物的结构特征进行研究，有助于深入了解其性能和应用价值。

凹凸棒石粘土在环境保护中的应用前景卢晓敏(广州华南师范大学化学与环境学院环境科学022 510631) 摘要:粘土矿物具有良好的吸附、过滤、分离、离子交换等物理化学性能,在环境保护中广泛应用。

本文主要针对凹凸棒土在污水处理中的应用研究进展作一综述。

凹凸棒石粘土是一种稀有资源，它具有独特的结构和性质，有着广泛的用途。

关键词:凹凸棒石粘土、环境、废水处理、趋势前言随着我国工业的发展, 许多化学污染物以多种途径进入环境, 对人类与生态环境产生了直接或潜在的危害。

人们已经研究出多种物理、化学和生物的方法来转移这些污染物。

由于粘土矿物比活性碳及斜发沸石等更为廉价, 且具有高化学、机械稳定性, 多孔隙率、多种表面和结构、分散悬浮性、离子交换性、吸附性等, 故用颗粒细小的粘土矿物及改性粘土矿物来转移污染物已经成为人们研究的热点。

,1, 1.凹凸棒石粘土的物性凹凸棒石又称坡缕石或坡缕缟石,是一种具链层状结构的含水富镁硅酸盐粘土矿物。

其结构属2+1型粘土矿物。

在每个2+1单位结构层中,四面体晶片角顶隔一定距离方向颠倒,形成层链状。

在四面体条带间形成与链平行的通道，通道中充填沸石水3 +3 +和结晶水。

由于Al 、Fe 等类质同象置换,形成铝凹凸棒石和铁凹凸棒石等变种。

凹凸棒石粘土是以凹凸棒石为主要组分的一种粘土矿石,除含凹凸棒石外,常含有蒙脱石、高岭石、水云母、海泡石、石英、蛋白石及碳酸盐等矿物。

凹凸棒石形态呈毛发状或纤维状,通常为毛毯状或土状集合体。

莫氏硬度2,3 ,加热到700,800?,硬度>5;比重为2.05,2.32。

由于凹凸棒石独特的晶体结构,使之具有许多特殊的物化及工艺性能。

主要物化性能和工艺性能有:阳离子可交换性、吸2水性、吸附脱色性,大的比表面积(9.6,36m/g),以及胶质价和膨胀容。

凹凸棒石粘土主要用途见表1:表1 凹凸棒石粘土的主要用途应用领域主要用途化工作为橡胶的加工助剂,催化剂载体,用于去除石油中的水份、硫、蓝色物质等杂质的吸附剂深海石油钻井和地热钻深海钻井、内陆含盐地层石油钻井和地热钻井的优质泥浆井原料建筑材料涂料;化工搪瓷;墙体衬料等农药、化肥农药载体,制作干燥、稳定的钾肥和氨肥医药除去黄曲霉素B1 ;净化糊精,除去蛋白残渣环保污水净化;粪便、废水的除臭、脱色粘接剂墙壁粘接剂,酚醛树脂粘接剂复印、复写、印刷压敏复写纸、印刷纸、复写接受纸,活性染料印刷基板,成色影像复合材料原子能工业放射性物质的处理铸造增强型砂强度的粘合剂硅酸盐工业高镁耐火材料的耐高温涂层12.凹凸棒石粘土在环境科学中的应用国内很多大专院校和科研院所参与了凹凸棒石粘土的开发研究,使我国凹凸棒,2,石粘土测试标准和产品从无到有推向市场。

粘土矿物的制备及应用技术特点摘要：本文介绍了粘土矿物的性质、种类、优点及制备方法，并详细介绍了高岭石、蒙脱石、凹凸棒石、海泡石的研究进展和面临的问题，并阐述了纳米粘土矿物的应用情况。

关键词：粘土矿物；种类；制备；应用The preparation and application of clay minerals Abstract:In this letter we introduced the properties,kinds, advantages and preparations of the clay minerals. Introduces the research progress of kaolinite, montmorillonite, attapulgite and sepiolite, and the problems faced in study,and e xpounds the application of nanometer clay minerals.Key word: clay mineral; kinds ; preparation; application1前言粘土是一类广泛存在于土壤中的物质, 由于长期处于特定的环境条件下, 粘土矿物具有许多优越的特性，例如巨大的比表面积，良好的吸附性能，较高的吸附容量和离子交换能力，出色的粘附性、润滑性、悬浮性、流变性、稳定性等, 而这些特性是沙子或泥土无法通过机械粉碎实现的。

粘土的用途非常广泛, 包括可用来制作陶器、陶瓷、耐火产品的内衬、计算机芯片、化妆品和药品。

粘土中常见的矿物有:高岭石、蒙脱石、凹凸棒石、海泡石、伊利石、绿泥石等硅酸盐类化合物和由硅藻类微生物骨骸紧密堆积而成的硅藻土，以及层状双金属氢氧化物类化合物水滑石等矿物。

纳米黏土主要用作聚合物基复合材料的增强材料。

近年来,纳米黏土增强聚合物基复合材料的基础理论研究、应用开拓研究等取得一系列研究成果,不仅为纳米黏土在高新技术领域的应用开辟了新的途径,而且在制备技术、生产工艺参数和生产过程的控制等方面较其他纳米材料更简单,生产成本更低廉,具有广阔市场前景。

土壤中粘土矿物过渡相的矿物学特征及其地质意义下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。

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粘土矿物的重要性与应用粘土矿物是一类具有层状结构的矿物，由于其分散性好、化学活性强、吸附性能优异，被广泛应用于工业、农业、环境、生物等领域。

1、工业领域粘土矿物在工业领域的应用主要包括陶瓷、建筑材料、塑料、纺织、造纸、沥青、涂料等多个方面。

陶瓷领域：粘土矿物是陶瓷的基本原料之一，具有很强的塑性和可塑性，可以制作出瓷器、卫浴、陶艺品等。

建筑材料领域：粘土矿物作为建筑材料的主要原料之一，它可以制作砖、瓦等建筑材料，同时还可以用于墙体装饰、地板材料等。

塑料领域：粘土矿物是高分子材料增强剂的重要组成部分，能够提高塑料的强度和硬度，使其更加耐用。

纺织领域：粘土矿物可以作为纺织品的染整剂，能够增加面料的柔软性和吸湿性，使得衣服更加舒适。

造纸领域：粘土矿物可以作为造纸原料，通过其良好的分散性和吸附性能，可以减少纸浆中的杂质，提高纸张的质量。

涂料领域：粘土矿物在涂料中作为填料或稠化剂，可以增强涂料的附着力和耐候性，提高涂料的遮盖力，同时还可以防火、防腐蚀。

2、农业领域粘土矿物在农业领域的应用主要包括土壤改良、水源、饲料添加剂等方面。

土壤改良：粘土矿物具有良好的吸水性和保水性，能够增加土壤的肥力和抗旱能力，促进作物的生长。

水源：粘土矿物可以作为净水剂，通过其强大的吸附性能，吸附水质中的有害物质，净化水源。

饲料添加剂：粘土矿物可以增加动物的食欲，促进动物的生长，同时还可以抗病毒，提高动物的免疫力。

3、环境领域粘土矿物在环境领域的应用主要包括环境污染治理、废水处理、工业废气处理等方面。

环境污染治理：粘土矿物可以作为吸附剂，吸附空气或水中的有害物质。

例如，在某些国家，由于环境污染严重，人们采用一种名为“土壤铺盖法”的方式，通过利用粘土矿物吸附有害物质，来治理污染。

废水处理：粘土矿物可以作为废水处理的原材料，通过其吸附性能可以去除水中的废物，提高水质。

工业废气处理：粘土矿物可以吸附和分解工业废气中的有害物质，净化大气，改善环境。

环境保护中粘土矿物的应用[文档副标题][日期]环境保护中粘土矿物的应用摘要：无机非金属环境矿物材料基于其不同的性能广泛用于空气污染处理、废水处理和固体废弃物处理的环境治理，并在节能保温材料方面、在降噪隔声方面、在无形磁波污染控制方面、在自然灾害防治方面、在太阳能材料应用方面、在传动系统减震方面、在新型抗菌材料方面、在人体健康材料方面等都将起到重要作用。

1.粘土矿物材料的研究现状人类社会的发展史就是人们利用矿物材料的文明史。

随着科学技术的发展和工业化程度的不断提高，许多金属材料的性能已不能适应高强、高速、高温、轻质、绝缘、耐腐蚀等方面的要求，因而非金属矿物材料的发展十分迅速，如美国汽车工业中轿车钢铁构件已由占81%降为61%，采用由非金属材料制成的构件大大减轻了车重，节约了钢材；发达国家一些原来从事钢铁、造船等行业的研究已转向新型材料及新型陶瓷的研究。

同时，伴随着矿物材料的深加工技术的发展，矿物材料的利用价值和应用领域不断提高，如散装膨润土30美元/吨，而有机膨润土2400-3600美元/吨；重晶石散装未碎者40美元/吨，而药物级达2560美元/吨；石墨原矿500美元/吨，石墨密封材料7000美元/吨，而石墨乳10000美元/吨。

近年来无机非金属矿物材料在环境保护中的应用不断加强，使矿物材料成为治理、修复环境污染的环境材料。

新型材料是发展高新技术产业的重要支柱之一,随着材料结构向多元化、功能化、智能化发展,矿物材料已成为现代材料科学的重要组成部份。

传统的或一般的矿物材料的应用是直接利用矿物(包括部分岩石)本身所具有的物理化学性质和工艺特性,而且只作为单一性能或低性能的一般材料来应用。

如陶瓷矿物材料、建筑矿物材料、化工矿物材料和冶金辅助矿物材料等,这种传统的矿物材料都是低值材料或产品,并由于其本身性能的局限性或未得以强化增强,因而在诸多领域的应用受到限制。

随着科学技术的发展,矿物材料正在向轻型、高纯、精细和复合方向发展,具有特殊功能的矿物材料已成为新型材料和应用技术研究开发的主流。

粘土矿物的理化性质与其在地质领域中的应用粘土矿物是一类重要的地质材料，在地质领域中具有广泛的应用。

它们不仅具有丰富的资源，还具有独特的理化性质，能够在地质研究、环境保护、能源开发等方面发挥重要作用。

首先，我们来了解一下粘土矿物的基本性质。

粘土矿物是一种特殊的土壤颗粒，由硅酸盐矿物组成。

它们的颗粒很细小，常常呈片状或纤维状，具有较大的比表面积和孔隙度。

这些特点使得粘土具有一定的可变形性和吸附性。

另外，粘土矿物还具有较强的吸湿性和可塑性，能够吸附和释放水分，并对溶解的物质起到吸附作用。

在地质领域中，粘土矿物的独特性质为我们研究地质过程和环境变化提供了基础。

首先，粘土矿物作为一种重要的沉积物，可以帮助我们了解地球历史和环境演变。

通过分析粘土矿物的成分和结构，我们可以推断出古代气候、地质事件和生物演变等信息。

例如，粘土中的氧、氢同位素比值可以用来揭示古代气候变化的特征，从而为气候变化研究提供重要的参考。

其次，粘土矿物的吸附性质可以帮助我们处理环境问题。

粘土材料在环境污染治理中起着重要的作用。

由于粘土矿物具有较强的吸附能力和化学稳定性，可以吸附和固定有害物质。

例如，粘土矿物可以吸附有机污染物、重金属离子等，从而净化土壤和水体。

此外，粘土矿物还可以帮助我们理解地下水运移规律和防治地下水污染。

地下水中的粘土矿物可以吸附和储存水分，从而影响水的运移和污染物的扩散。

除了环境保护，粘土矿物在能源开发中也具有重要的应用价值。

粘土材料可以作为油气储层的封盖层，以防止油气的泄漏和流失。

另外，粘土矿物中的有机质也可以作为碳捕捉技术的载体。

通过吸附和固定二氧化碳，粘土矿物可以减少温室气体的排放，减缓气候变化的影响。

总之，粘土矿物具有独特的理化性质，在地质领域中具有广泛的应用。

它们不仅可以帮助我们理解地质过程和环境变化，还可以为环境保护和能源开发提供有效的解决方案。

随着科学技术的不断进步，我们相信粘土矿物在地质领域中的应用还将不断拓展，为我们认识地球和保护环境提供更多的帮助。

粘土矿物的微观结构研究与岩土工程应用引言：粘土矿物是地质学上一类常见的矿物，对岩土工程具有重要的影响。

本文将探讨粘土矿物的微观结构研究以及其在岩土工程中的应用，希望能够为相关领域的研究者提供一些思路和理论支持。

第一部分：粘土矿物的微观结构研究1.1 粘土矿物的基本组成粘土矿物主要由硅酸盐矿物和氢氧化铝组成，其中硅酸盐矿物是整个微观结构的基础。

各种不同的粘土矿物都具有独特的物化特性，这与它们的微观结构有着密切的关系。

1.2 粘土矿物的晶体结构粘土矿物的晶体结构是了解其微观性质的基础。

以蒙脱石和高岭石为例，它们的晶体结构由硅酸四面体和氢氧化铝八面体交替组成，形成一层层的结构。

这种层状结构中的水分子以吸附形式存在，对其特殊性质起到重要作用。

1.3 粘土矿物的排列与堆积粘土矿物颗粒之间的排列与堆积方式也对其性能产生重要影响。

粘土矿物表面带有静电作用力，这使得颗粒间形成了一种独特的层状排列结构。

此外，颗粒之间的空隙结构也是研究对象之一。

第二部分：粘土矿物在岩土工程中的应用2.1 粘土矿物的吸附特性由于粘土矿物层状结构中的吸附水分子的存在，粘土矿物表面具有吸附能力。

这种吸附作用可以用于改良土壤的工程应用中。

比如，粘土矿物可以吸附有机物质和重金属离子，起到净化土壤的作用。

2.2 粘土矿物的胶结特性粘土矿物中的粘土胶粒可以吸附水分子并形成胶体物质。

在岩土工程中，粘土胶体物质能够通过胶结作用将土壤颗粒紧密连接起来，增强土壤的抗剪强度和稳定性。

2.3 粘土矿物的膨胀性与收缩性部分粘土矿物具有膨胀性与收缩性，这意味着它们在吸水和失水过程中会发生体积变化。

在岩土工程中，这种特性常用于调控土壤水分含量，控制土壤的干湿变形。

2.4 粘土矿物的渗透性与过滤性能由于粘土矿物颗粒紧密排列，其渗透性较差，通常表现为较低的水力导率。

这使得粘土矿物在填土工程中可以用于增加土壤层的防渗性能。

结论：粘土矿物微观结构的研究对于岩土工程具有重要意义。

粘土矿物的环境意义汤艳杰1,贾建业2,1,谢先德1(11中国科学院广州地球化学研究所,广东广州510640;21广东省科学院广州地理研究所,广东广州510070)摘 要:粘土矿物在沉积和埋藏作用过程中可发生转变。

它的形成和转化与其所处的环境有密切关系,因此深入研究粘土矿物的组合与含量的变化、结构特点与转化规律以及粒度分布等特征,可以推测其形成区和来源区的风化作用类型和气候演变规律,有助于揭示全球性的环境演变规律。

对粘土矿物的大量研究所揭示的古气候环境演变的信息,已被用于重建古气候和恢复大陆古环境。

此外,由于粘土矿物具有较强的吸附性、离子交换性和膨胀性,对水体中各种类型的污染物有良好的吸附性能,并使土壤有一定的自净作用,所以在环境污染的防治中有广阔的应用前景。

关键词:粘土矿物;环境演变;信息载体;吸附能力;污染防治中图分类号:X14;P578194 文献标识码:A 文章编号:10052321(2002)02033708收稿日期:20010625;修订日期:20011203基金项目:广东省科学院优秀青年科技人才基金资助项目作者简介:汤艳杰(1973) ),男,博士研究生,矿物学、岩石学、矿床学专业,矿物材料与环境矿物学研究方向。

大量的粘土矿物是在表生风化作用中形成的,在沉积作用和埋藏作用的过程中经常发生转变,其结晶形态和化学成分等特征为源区母岩岩性和形成时的风化环境所控制[1]。

近年来,许多研究者普遍认为粘土矿物具有标识古气候的意义。

Chamley (1975,1983)利用粘土矿物作为古气候指标,讨论了地中海的演变历史[2];何良彪讨论了海洋沉积岩芯中粘土矿物变化与古气候变迁的关系,认为岩芯中粘土矿物含量与特征的变化受古气候变化的控制和影响[3];朱风冠应用粘土矿物组合探讨了东海陆架区全新世古气候,指出粘土矿物组合变化反映了东海陆架区沉积物来源地的气候具有较干冷和冷湿气候交替变化的特征[4]。

徐昶对中国一些盐湖粘土矿物研究表明,盐湖未成熟阶段为伊利石、绿泥石和高岭石组合,盐湖成熟阶段为伊利石和绿泥石组合,也反映了盐湖沉积过程中某些气候环境的变化[5]。

黏土矿物的名词解释引言黏土矿物是地球上一类重要的自然资源，广泛存在于陆地、海洋和深海沉积物中。

本文将对黏土矿物进行深入的名词解释，包括其成分、结构、性质及应用等方面。

一、黏土矿物的定义黏土矿物是一类由具有微观层状结构的颗粒组成的矿物质。

其主要成分为硅酸盐矿物，包括硅酸盐矽土、硅酸盐铝土和硅酸盐镁土。

这些矿物质的微观结构由硅氧化物和氢氧化物层状堆积组成，形成了颗粒间的黏着力，使得黏土矿物具有黏性。

二、黏土矿物的成分1. 硅酸盐矽土：矽土是主要由硅氧化物组成的黏土矿物，其含有硅氧化矽的颗粒主要以正交层状叠置的形式存在。

矽土是黏土矿物中最重要的成分之一，具有高黏性和吸水性能。

2. 硅酸盐铝土：铝土是由铝氧化物和硅氧化物层状结构组成的黏土矿物，其颗粒间的黏着力主要来源于氢键。

铝土具有良好的吸附能力和储层性能，广泛应用于环境保护、垃圾处理和土壤修复等领域。

3. 硅酸盐镁土：镁土是由镁氧化物和硅氧化物构成的黏土矿物，其颗粒间的结构更稳定，流动性较低。

镁土具有良好的硬度和负电性，被广泛应用于陶瓷、建筑材料和纺织品等领域。

三、黏土矿物的结构黏土矿物的微观结构主要由层状结构组成，每个层状结构包括两个或多个硅氧化物和氢氧化物堆积层。

这些层状结构之间通过弱的静电力、氢键或范德华力相互吸引，形成黏土矿物颗粒之间的黏着力。

此外，黏土矿物的结构对水分子具有良好的吸附性能，可以有效地吸附和储存水分。

四、黏土矿物的性质1. 黏着性：黏土矿物由于其结构特点，具有较强的黏着力，能够形成胶状物质。

这种黏着性使得黏土矿物在制陶、润滑和粘合等方面具有广泛的应用。

2. 吸附性：黏土矿物具有较大的比表面积和孔隙结构，因此可以有效地吸附气体、水分和有机物质。

黏土矿物的吸附性能使其成为环境修复、水处理和储层勘探等领域的重要材料。

3. 热稳定性：黏土矿物在高温下具有一定的热稳定性，能够保持其结构和性质的稳定性。

这种特点使得黏土矿物常被用于高温矿物填料和耐火材料制备。

纳米粘土矿物的研究概况及应用技术特点张广川（河北工业大学材料学院，天津300130）摘要介绍了纳米粘土矿物的概况，指出纳米粘土矿物除了蒙脱石外，还有高岭石、海泡石、蛭石、坡缕石、累脱石等。

阐述了纳米粘土矿物的应用情况。

例如，环境保护领域,以及医药、工程领域应用现状。

关键词纳米粘土，蒙脱石，比表面积，表面活性application and research situation of technical characteristics of nanoclayZhangAnChuan(hebei industry university, tianjin 300130) materials departmentAbstract This paper introduce the nanoclay,point out the clay minerals include not only montmorillonite,but also kaolinite, sepiolite, vermiculite, fiber-like palygorskites, tired from stone,etc.Expounds the application of nanometer clay minerals. For example, the environmentalprotection field, and medicine, engineering field application situation.Key words nanoclay, montmorillonite,specific surface area, surface activity信息技术、生命科学技术和纳米技术是21世纪的主流技术，其中纳米技术又是信息技术和生命科学技术持续发展的基础。

纳米料在化学、电子、冶金、宇航、生物和医学等领域展现出广阔的应用前景。