中国粉体网讯 黏土比表面积大，颗粒上带负电，因此具有良好的物理吸附和表面化学活性，具有与其他阳离子交换的能力，是水体、土壤、大气污染治理不可或缺的吸附材料，对重金属、抗生素、有机物、染料等均有很高的吸附能力。

1、常见粘土表面性质

天然粘土矿物一般包括蒙脱石、高岭石、蛭石、沸石、凹凸棒石、硅藻土、膨润土、伊利石等。

常见粘土矿物及其表面性质

粘土矿物基本构造单元、基本结构层和结构单元层（a）及其常见的晶体形貌类型（b）

单就粘土矿物对重金属离子的吸附机制而言，普遍认为分为三类：一是与离子键、共价键形成有关的特异性吸附；二是与静电、氢键、离子交换有关的非特性吸附；三是与类质同象取代有关的结构并入。

粘土矿物的表面电荷类型（a）及其对重金属离子的吸附机理（b）

2、粘土基吸附材料研究进展

（1）天然黏土改性

粘土矿物本身作为一种良好的天然吸附剂，价格低廉、资源丰富、疏松多孔，且随着外界条件改变其孔隙结构会发生改变，具有吸附性能可控的特点。

但粘土矿物也有一些不足之处，需要改性增强：

①天然粘土孔径相对较小，分布不够致密，还经常含有较多杂质，限制了吸附效果；

②天然黏土矿物表面一般带负电荷，对于一些特定抗生素（尤其是阴离子型抗生素污染物），吸附效果较差；

③和商业吸附剂相比，天然黏土矿物的比表面积和吸附容量有限，故而吸附能力也有较大差距。

常见的黏土材料改性方法主要有：酸改性、热改性、表面活性剂改性等。

（2）粘土吸附剂化学法处理

近年来，粘土基多孔吸附剂的化学制备方法聚焦于通过不同的制备方法实现对粘土基材料的性能提升，主要包括绿色高效的合成方法以及对粘土基多孔吸附剂的特定功能化设计，现化学方法制备粘土基多孔吸附剂正从合成方法的改进，向对污染物质实现吸附-催化的协同作用，以及对水-气-土多介质共同治理的目标迈进。

主要方法包括：添加造孔剂、酸活化剂、模版剂、化学发泡剂、高分子材料改性等。

化学制备方法对粘土基多孔吸附剂的制备对比

（3）粘土吸附剂物理法处理

物理方法制备粘土基多孔吸附剂现多为改变制备方式实现对孔径结构的精准调控，以及在制备过程中避免引入化学物质从而保证制备过程的绿色环保。通过解决材料再生性，控制生产成本，实现粘土基多孔吸附剂制备过程的真正绿色高效环保。主要方法包括：热处理改性法、机械发泡法、3D打印技术等。

物理制备方法对粘土基多孔吸附剂的制备对比

对比而言，化学制备方法适用范围广，可操作性高，可针对特定废水处理环境制备适应性强的粘土基多孔材料。但同时，化学物质的引入会导致原有的回收出现二次化学污染，从而增加处理成本。

物理制备方法简便高效的同时面临生产过程成本过高，能耗大等问题。未来粘土基吸附材料的制备可聚焦于对污染场景的适应性以及实现对污染物质的吸附-催化-回收。

不同类型粘土基吸附剂的性能

（4）形成粘土复合材料

为了适应不同的应用环境，实现更好的吸附效果，粘土基吸附材料还发展出了更丰富的复合材料甚至是纳米复合材料。其中，粘土复合材料是指将粘土与其他材料混合而制备的多孔吸附剂。粘土基纳米复合材料将纳米粒子引入粘土结构中，以期获得性能更优的吸附剂。常见与黏土矿物形成复合材料的有腐殖质、天然多糖、生物炭等。

粘土矿物/生物炭复合材料在水处理中的应用

粘土矿物/生物炭复合材料去除水中染料

粘土矿物/生物炭复合材料去除水中抗生素

粘土矿物/生物炭复合材料去除废水中的其他污染物

3、粘土吸附材料应用挑战

粘土吸附剂虽然有广泛的应用领域和较高的应用价值，但仍面临着诸多的挑战。

（1）目前大多数的研究仅限用改性粘土矿物吸附一种或者几种污染物，然而实际废水的成分复杂，导致实验结果与实际应用的结果相差很大，这也是改性粘土矿物吸附剂难以大规模应用的原因之一。因此，后续应该研究改性粘土矿物对水中其他污染物吸附性能；

（2）插入粘土矿物中间层的表面活性剂分子稳定性不强，所以表面活性剂改性粘土矿物的稳定性研究是未来研究的方向之一；

（3）改性粘土矿物只在特定的范围表现出良好的吸附性能，所以后续研究中应该要拓宽改性粘土矿物适用的范围；

（4）改性粘土矿物材料的吸附能力并非是无限的，因此吸附材料的可再生性是今后研究的一大重点。

参考文献：

黄仕元：粘土矿物/生物炭复合材料在水处理中的研究进展，南华大学

王霞：粘土基多孔吸附剂的制备研究进展，长安大学

李英：埃洛石粘土纳米管及其活化/无机改性产物对重金属离子的吸附性能和机理研究，湖南大学

宋雪：以黏土矿物材料为吸附剂去除废水中抗生素的研究进展，华北电力大学

(中国粉体网编辑整理/昧光)

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