海泡石儲量豐富、分布廣泛，是現代工業(yè)的基礎性材料，其在工藝產(chǎn)業(yè)、農業(yè)、醫藥和環(huán)境修復等領(lǐng)域有著(zhù)廣泛的應用。我國已探明的海泡石儲量約為2600萬(wàn)噸，約占世界總儲量的30%，主要分布在湖南、江西和河北等省份。
　　
　　海泡石因其獨特的微觀(guān)結構、纖維形態(tài)、高比表面積、強吸附性、價(jià)格低廉和儲量豐富等特點(diǎn)在功能性材料、吸附劑和催化劑載體等科研領(lǐng)域有著(zhù)極高的熱度。通過(guò)熱、無(wú)機或有機改性后海泡石的吸附性能較普通海泡石有了較大提升，其回收能力也得到了改善，使其在土壤修復、空氣凈化、改善水體質(zhì)量等領(lǐng)域均表現出極好的應用前景。
　　
　　1、海泡石熱改性
　　海泡石的熱改性方法有兩種，分別為水熱處理與高溫焙燒。水熱處理是將海泡石分散于水中在反應釜中加熱攪拌，使海泡石纖維分散增大比表面積。高溫焙燒是將海泡石放置在馬弗爐中進(jìn)行焙燒，使海泡石原礦中的有機物或其他礦物質(zhì)在高溫下分解或產(chǎn)生相變，同時(shí)焙燒過(guò)程會(huì )使海泡石結構內的吸附水、沸石水、結晶水與結構水脫出。
　　
　　天然海泡石存在著(zhù)層間或纖維束間粘合力強且溶脹后纖維強度較高的特點(diǎn)，翟學(xué)良在120~220℃下，按固液比1∶20對海泡石進(jìn)行水熱處理。與未經(jīng)水熱處理多為粗大聚集纖維束的海泡石相比，水熱處理后海泡石多呈纖維單體存在，少有聚集現象。同時(shí)，水熱處理后超細化的纖維束更容易溶出Mg2+離子，從而破壞鎂氧八面體結構，使海泡石比表面積增大，在220℃下其比表面積增加到115.8m2/g。
　　
　　為了探究高溫焙燒的最宜溫度，Wang等將海泡石置于馬弗爐中在200℃、300℃、400℃、500℃下的爐中分別煅燒2h，得到熱改性海泡石。經(jīng)其實(shí)驗發(fā)現，400℃下改性后的海泡石吸附性能達到最佳其比表面積增加到136.42m2/g，對羅丹明B的去除率達到97%。Tian等也利用馬弗爐對海泡石在不同溫度下進(jìn)行煅燒用以對棕櫚油進(jìn)行脫色，經(jīng)過(guò)實(shí)驗發(fā)現其在400℃焙燒后表現出最好的吸附性能，比表面積增加到141.36m2/g，磷去除率達到76%。
　　
　　當海泡石在400℃下進(jìn)行焙燒時(shí)，可以獲得最佳的吸附性能，這是由于在升溫過(guò)程中海泡石內纖維間與孔隙內的吸附水、沸石水、結晶水、結構水被清除，此時(shí)海泡石表面的硅羥基轉變?yōu)楣柩跛拿骟w結構，擴大了海泡石內的通道大小，使其比表面積增加、吸附性能增強。但當溫度超過(guò)450℃時(shí)，海泡石內結構發(fā)生折疊作用，使其結構崩塌，造成了比表面積及孔隙數量的減少，同時(shí)高溫下海泡石纖維發(fā)生粘連，層間距及孔徑減小，其吸附能力隨之降低。
　　
　　2、海泡石無(wú)機改性
　　
　　目前，科研人員對海泡石的無(wú)機改性主要有3種方法，第一種方法是離子交換法，該法是利用其他金屬陽(yáng)離子取代海泡石中的Na+、K+、Mg2+等離子，如引入高價(jià)金屬會(huì )使海泡石表面呈酸性而易接受外來(lái)電子，如引入低價(jià)金屬則海泡石表面呈堿性且給電子能力增強。所以可以利用不同化合價(jià)的金屬離子來(lái)改變海泡石表面的酸堿性，以此增強改性海泡石對陰或陽(yáng)離子的吸附能力。
　　
　　楊勝科等將海泡石浸泡在5%Al2(SO4)3溶液中利用Al3+交換海泡石中Na+、K+和Mg2+，使海泡石表面轉變?yōu)槁芬姿顾?，易接受外?lái)電子，以此來(lái)吸附溶液中的F-。同時(shí)在海泡石孔道中形成以Al3+為主的陽(yáng)離子壁，進(jìn)而形成Si-Al結構，裸露的Al3+與F-形成絡(luò )合物。這種離子交換的方法使改性后的海泡石對陰離子的吸附能力顯著(zhù)增加，使F-去除率達到86.5%。
　　
　　第二種改性方法則是將無(wú)機化合物顆粒分散在海泡石表面，賦予其特殊物理、化學(xué)性質(zhì)以改善其在環(huán)境保護中的能力。Eren等將Mn(OH)2在H2O2溶液中劇烈震蕩制得氧化錳，后將海泡石投入溶液中使氧化錳包覆在海泡石表面。經(jīng)過(guò)吸附測試發(fā)現相比于海泡石原石改性后的海泡石對堿性染料的吸附能力提升了4倍，達到319mg/g。徐西蒙等采用共沉淀法合成海泡石負載納米Fe3O4催化劑催化降解雙酚A。同時(shí)，對合成的催化劑進(jìn)行表征發(fā)現，部分Fe3O4顆粒附著(zhù)在海泡石的孔洞內,導致孔道堵塞同時(shí)比表面積略有降低。但其在最優(yōu)條件下雙酚A的降解率可達到100%。
　　
　　第三種改性方法為無(wú)機酸改性，指將海泡石置于無(wú)機強酸溶液中進(jìn)行攪拌，在反應一段時(shí)間后烘干得到酸改性海泡石。海泡石結構中的Mg2+是一種弱堿，在弱酸條件下會(huì )產(chǎn)生沉淀，這些沉淀物會(huì )堵塞海泡石中的層間空隙和孔隙，故使用強酸對海泡石進(jìn)行酸處理，如HCl、H2SO4和HNO3。酸中的H+會(huì )取代八面體結構中的Mg2+，在海泡石結構中打通水通道，但過(guò)多的H+會(huì )使處于八面體骨架上的Mg2+大量脫出，使海泡石的結構崩塌，反而會(huì )降低其吸附性能。
　　
　　李琛等利用1mol/LHCl在l65℃下水浴加熱10h，獲得酸改性海泡石用以吸附水中的Ni2+。研究發(fā)現，海泡石表面Si-O-Mg-O-Si結構中的Mg2+會(huì )被H+取代，生成兩個(gè)Si-OH基團，該基團會(huì )與Ni2+發(fā)生配合吸附作用吸附水中Ni2+。他們通過(guò)控制變量實(shí)驗確定了最優(yōu)吸附條件，該條件下Ni2+去除率為98.39%。黃湘云等也利用1mol/LHCl對海泡石進(jìn)行酸改性，改性后其對土壤中V4+的吸附量提升至2159.71mg/Kg。在進(jìn)行解吸實(shí)驗時(shí)，酸改性后的海泡石在吸附高濃度釩后，去除率達到50%。
　　
　　3、海泡石有機改性
　　
　　對海泡石的有機改性主要是通過(guò)有機酸、有機硅烷（偶聯(lián)劑）、表面活性劑等有機化合物來(lái)達成。水解后的有機硅烷則與海泡石表面的-OH基團發(fā)生醚化反應，從而將有機硅烷引入海泡石表面。Somaya等在制備納米復合纖維的過(guò)程中，利用硅烷偶聯(lián)劑改性海泡石使其實(shí)現水凝膠功能化，同時(shí)改性后的海泡石在納米復合纖維內有更好的分散形式，其疏水性同時(shí)得到改善。
　　
　　利用帶有氮原子的表面活性劑處理海泡石，可將氮原子與海泡石的酸活性中心進(jìn)行配位，使活性基團附著(zhù)在海泡石表面。Gan等利用十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）對海泡石表面進(jìn)行修飾。通過(guò)掃描電鏡（SEM）發(fā)現，發(fā)現CTA+附著(zhù)在其表面，且由于其有較長(cháng)碳鏈嵌入纖維層間，使海泡石纖維層間距擴大，其對羅丹明B的去除率達到36%。有機酸可與海泡石的Si-OH基團發(fā)生脂化反應，二者反應后可將不同的長(cháng)碳鏈引入到海泡石表面，從而改善海泡石表面的疏水性。謝婧如等利用巰基乙酸對海泡石進(jìn)行改性，改性后的海泡石表面更加光滑且空隙增多，有更多的負電荷聚集在海泡石表面。在使用紅外光譜對其進(jìn)行表征時(shí)，發(fā)現巰基的伸縮振動(dòng)峰十分微弱，同時(shí)其比表面積增加幅度有限，判斷是由于大量巰基進(jìn)入了孔隙內,導致其在圖譜中峰高不足，且比表面積僅有小幅增加。最優(yōu)條件下進(jìn)行吸附實(shí)驗時(shí)，該改性海泡石對Hg2+的去除率達到93.67%。
　　
　　雖然利用巰基基團改性海泡石，會(huì )使其吸附能力顯著(zhù)提高，但含巰基官能團的有機物價(jià)格比較昂貴，且反應條件比較苛刻，這制約了巰基改性海泡石的工業(yè)化生產(chǎn)和進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。在未來(lái)研究中，科研人員可以探究其他類(lèi)型有機物對海泡石的改性效果。
　　
　　資料來(lái)源：《谷一鳴,馮輝霞,孟雪芬,等.海泡石改性材料在環(huán)境保護中的研究進(jìn)展[J].化工新型材料,2022,50(10):15-20》，由【粉體技術(shù)網(wǎng)】編輯整理，轉載請注明出處！