凹凸棒石（又稱(chēng)坡縷石，palygorskite）是一種含水富鎂鋁的硅酸鹽黏土礦物，具有2:1型鏈層狀結構，屬于海泡石族。凹凸棒石晶體呈棒狀，單根晶體的直徑為20-70nm，長(cháng)度為0.5-5μm。
　　凹凸棒石晶體的基本結構單元是由平行于c軸的硅氧四面體雙鏈組成，鏈中硅氧四面體自由氧原子的指向（即硅氧四面體的角頂）每四個(gè)一組，上下交替排列。頂點(diǎn)氧原子分別指向（010）和（100）晶面方向，與Mg（II）、Al（III）等八面體組成離子進(jìn)行配位，形成由連續的四面體層和不連續的八面體層組成的、沿（001）方向無(wú)限延伸的2:1型鏈層單元，其中四面體基平面之間距離約為0.66nm，與云母中四面體結構相類(lèi)似。各鏈層單元通過(guò)Si–O–Si鍵連接，形成截面尺寸為0.37nm×0.64nm的沸石狀孔道。

▲（a）凹凸棒石晶體沿（001）方向投影的結構圖，中心方框圈出部分為一個(gè)基本鏈層單元；（b）凹凸棒石的基本結構參數

　　凹凸棒石晶體的理論結構式為Si8Mg5O20（OH）2（H2O）4•4H2O，其八面體位置都被Mg（II）占據，是典型的三八面體礦物。然而，由于類(lèi)質(zhì)同晶取代現象，一些三價(jià)陽(yáng)離子如Al（III）和Fe（III）部分取代了八面體位置上的Mg（II），形成二八面體或二/三八面體過(guò)渡結構。因此，實(shí)際產(chǎn)出凹凸棒石的結構式與理論晶體結構式存在一定差異。
　　Drits等在Bradley 1940年提出的晶體結構模型基礎上，根據離子類(lèi)質(zhì)同晶替代和電荷平衡關(guān)系提出了較合理的凹凸棒石晶體結構式：
 

Mg₅-Y-ZR₃＋Y□Z（Si₈-XR^3＋X）O₂₀（OH）₂（OH₂）₄E²⁺_{（X-Y＋2Z）/2}（H₂O）₄

 
　　其中，R^3＋代表Al（III）、Fe（III），□代表八面體空位，E^2＋代表可交換陽(yáng)離子。
　　Gionis等和Chryssikos等認為凹凸棒石八面體層M2位置的Al（III）可被Mg（II）取代，此時(shí)晶體中的Mg（II）過(guò)量，就會(huì )在晶體結構中產(chǎn)生三八面體區域，依此提出了更復雜的凹凸棒石晶體結構式：
 

yMg₅Si₈O₂₀（OH）₂（1_y）[xMg₂Fe₂（1）Mg₂Al₂]Si₈O₂₀（OH）₂

　　其中y表示三八面體部分，x表示占據二八面體部分中M2位置Fe的含量。
　　不同價(jià)態(tài)金屬離子類(lèi)質(zhì)同晶取代的結果使凹凸棒石帶有結構負電荷，同時(shí)天然凹凸棒石中結構缺陷和表面殘缺價(jià)鍵的存在使其具有表面負電荷，因而表現出一定的膠體和吸附性能。為了補償這些負電荷，凹凸棒石晶體孔道內或棒晶表面還存在可交換陽(yáng)離子，使凹凸棒石具有表面雙電層和一定的陽(yáng)離子交換容量（30-40meq/100g）。因此，凹凸棒石表現出優(yōu)異的膠體、吸附、載體和補強性能。
　　凹凸棒石獨特的棒晶形貌和孔道結構，使其具有優(yōu)異的吸附性能、膠體性能、載體性能和補強性能，廣泛用于寵物墊料、脫色劑、干燥劑、有機分子吸附劑、重金屬廢水和放射性物質(zhì)吸附劑、霉菌毒素吸附劑、藥物和生物工程、鉆井泥漿、增稠劑、催化材料、顏料、橡膠和塑料復合材料、環(huán)氧樹(shù)脂、摩擦材料等領(lǐng)域。
　　凹凸棒石的研究和開(kāi)發(fā)始于20世紀初，規?；瘧檬加?0世紀80年代。我國凹凸棒石研始于20世紀80年代初，2000年前后實(shí)現工業(yè)化應用。近年來(lái)，中國成為凹凸棒石研發(fā)的主力軍，每年發(fā)表的凹凸棒石SCI論文占該領(lǐng)域發(fā)表論文總數的60%以上，在凹凸棒石棒晶束解離、凹凸棒石結構調控和凹凸棒石功能材料研發(fā)等方面已形成國際影響力。
 
來(lái)源：凹凸棒石：從礦物材料到功能材料，作者：王文波等
編輯整理：粉體技術(shù)網(wǎng)
 

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