从“可持续发展”到“绿水青山就是金山银山”，污染物排放得到了有效的控制，但环境中已存的污染物还是不容小觑。由于吸附法可以有效的控制或去除环境中的污染物，近年来获得了大量的关注，而凹凸棒石因其优异的吸附性、胶体性、载体性也受到了研究者们的青睐。
　　
　　1、凹凸棒石处理富营养化水体
　　
　　水体富营养化是我国水环境最严重的问题之一。而磷作为主要限制因素之一，其含量的变化会直接影响水体富营养化进程。在外源磷的有效控制下，内源磷释放已成为当前湖泊富营养化的重要来源，通过凹凸棒石等吸附性材料控制内源磷的释放，就可以有效缓解水体的富营养化。天然凹凸棒石黏土含有较多杂质，实际应用中一般都会将其进行适当的改性。
　　
　　通过加热改性，YIN等将700℃处理后的富钙凹凸棒石（NCAP700）与富营养化湖泊沉积物进行共培养，结果表明NCAP700将表层沉积物中34.5%的移动态磷转化为稳定态磷，有效抑制了磷的释放，且在厌氧条件下也能显著降低上覆水和底泥孔隙水中的磷通量和磷浓度。此外，NCAP700还能降低沉积物中磷的零平衡浓度，使沉积物从“磷源”转为“磷汇”，即使在极碱环境下（pH＜11）仍能发挥良好的固定效果。基于这些研究，YIN等利用柱实验评估了热改性凹凸棒石作为人工湿地基质的可行性，发现当水力停留时间为8h时，凹凸棒石对进水磷（9.74～11.4mg/L）的平均去除率达到了93.1%～95.4%，且在一定范围内，随水力停留时间增大，除磷性能会增强。所以，热改性凹凸棒石有望成为富营养化水体的除磷剂，或用于湿地生态修复和建造人工湿地。
　　
　　金属离子、金属氧化物或氢氧化物负载到凹凸棒石上后也可以提高对磷的吸附性能。如将Ca2+和Al3+负载到凹凸棒石上，获得的改性凹凸棒石对磷吸附容量达26.34mg/g。近年来，在锁磷剂的推广下，大量学者对镧改性黏土矿物材料的除磷性能进行了研究。苗琛琛等制备的镧改性凹凸棒石可以选择性地吸附磷酸根，不受Cl-、NO3-、SO42-和CO32-等阴离子的影响，且在高温30℃时的吸附量是低温10℃时的两倍，可用于控制高温时节的水华爆发。而通过酸-热-镧复合处理法使凹凸棒石对磷的去除率由5.38%上升为70.1%，效果达原土的13倍。最新研究表明，YIN等制备的La-Al共改性颗粒凹凸棒石可以在较宽的pH范围内表现出良好的吸附性能，吸附机理主要是Al3+和La3+与磷酸根发生内球络合，从而稳定表层沉积物，降低水体中的悬浮物、可溶性活性磷和总磷。
　　
　　这些新型改性材料的制备拓宽了凹凸棒石及这些金属、金属氧化物/氢氧化物的应用范围，为排放污水的除磷处理和富营养化水体的生态修复都提供了高效经济的吸附材料。
　　
　　2、凹凸棒石处理有机污染废水
　　
　　凹凸棒石及其改性材料对有机污染物（如结晶紫、亚甲基蓝、苯酚等）优异的吸附性能可有效应用于有机废水处理。
　　
　　研究表明，凹凸棒石独特的纳米通道和内孔道可以通过氢键和络合作用将有机分子吸附于孔内，形成稳定的类玛雅蓝结构，因此凹凸棒石对染料具有其他粘土矿物无法比拟的强亲和力。然而，凹凸棒石与染料之间的强相互作用导致两者即使在强酸、强碱或有机溶剂条件下也难以发生解吸附。这使吸附了染料的凹凸棒石转变成一种新的固体废物。所以，近年来研究可循环利用的改性凹凸棒石成为了一种新趋势。
　　
　　WANG等以负载染料的凹凸棒石黏土废料为原料，制备了一种环保型的硅酸盐/碳复合吸附剂，该复合吸附剂对四环素、结晶紫和亚甲基蓝的最大吸附容量可达319.8、244.4、281.7mg/g。张建民等采用溶剂热法制备的新型磁性氧化石墨烯-凹凸棒石复合材料，对亚甲基蓝的去除效率达98.64%，且对实验完的磁性复合材料用磁铁进行分离回收，回收率达98.67%。以上两种新型复合材料不仅对有机物具有极高的净化潜力，而且解决了废弃凹凸棒石的污染问题，可作为纺织印染废水和抗生素废水净化的理想吸附剂。
　　
　　针对抗生素、苯酚、甲醛这类有机物，往往需要对凹凸棒石进行有机改性。如用十六烷基三甲基溴化铵改性后的凹凸棒石，对四环素、土霉素、金霉素的吸附容量都明显增大。负载了十二烷基三甲基氯化铵的凹凸棒土对水中苯酚的吸附量比原石提高了近12倍，吸附速率也大大提高。
　　
　　3、凹凸棒石处理重金属污染废水
　　
　　玻璃厂、电池厂等企业在生产过程中排放的污水常常含有大量金属离子，而重金属作为一种致癌物，会对生物的健康构成严重威胁。污水中的重金属离子基本无法通过微生物降解，当前处理重金属离子污水最有效的方法就是吸附法。改性后的凹凸棒土可以对多种金属阳离子如Cr6+、Pb2+、Cd2+、Ni2+、Cu2+等具有优异的吸附性能。
　　
　　在凹凸棒石对重金属的吸附研究中，应用凹凸棒石吸附铬的研究最多。孔明等的研究表明天然凹凸棒黏土对Cr6+的理论最大吸附量为67.57mg/g，将凹凸棒石添加到含重金属的底泥中后，底泥中的铬由不稳定的酸溶态和可还原态转化为了稳定的可氧化态和残渣态，表明凹凸棒石可以吸附和固定重金属。而王家宏等利用偶联剂将重金属螯合剂四乙烯五胺修饰在凹凸棒土表面，制得的复合材料对Cr6+最大吸附量达到了270.8mg/g。
　　
　　迄今为止，凹凸棒石处理水中重金属的研究主要侧重于单一的金属离子，同时处理不同金属的改性研究相对较少。李春侠等制备的凹凸棒土负载硫化纳米零价铁复合材料，则可以同时去除Cu2+和As3+，且在pH=2～11的范围内对Cu2+的去除率均稳定在85.2%以上。此外，HUANG等采用水热焙烧法制备的MgO-ATP吸附剂能同时吸附Pb2+和Cd2+，最大吸附量分别为127.6、25.3mg/g，比原凹凸棒石提高了2～3倍，有望成为一种性能优良的重金属污染环境修复吸附剂。
　　
　　凹凸棒石及其改性材料对重金属展现出的超强固定能力，得益于物理吸附、静电作用、阳离子交换、活性羟基作用以及石灰效应的综合作用。首先，凹凸棒石巨大的比表面积和高孔隙率为金属离子提供了更多的物理位点，而结构中存在的大量活性羟基，又可以与重金属形成配体，同时，晶格中的Si4+被Al3+和Fe3+取代后使其表面带有少量的负电荷，可通过静电作用吸附重金属。此外，当与重金属接触时，凹凸棒石矿层间存在的无机阳离子可以通过阳离子交换吸附金属离子。而凹凸棒石的石灰效应又可以提高基质中的pH，降低金属溶解度，进一步促进金属沉淀。
　　
　　4、凹凸棒石在生态修复领域的研究
　　
　　凹凸棒石和膨润土、麦饭石等矿物材料在结构和组成上非常相似。已有研究表明，将改性膨润土、麦饭石、多孔陶瓷滤球等作为底质改良材料用于富营养化湖泊生态修复时，会和沉水植物如苦草、黑藻等发挥协同作用。黏土矿物材料在吸附磷的同时可帮助沉水植物定植，为根系微生物提供大量附着位点，而其含有丰富的常量和微量元素，又可以改善沉积物微环境，促进沉水植物的生长，沉水植物生长会直接吸收水体和底泥中的磷，两者共同作用有效控制富营养化水体中过剩的磷，加快了水体修复的进程。凹凸棒石从结构和性质来看，也具备这种生态修复的潜能，且其除磷效果丝毫不亚于改性膨润土等材料，但目前国内外关于这方面的研究都很缺乏。
　　
　　目前，凹凸棒石主要还是作为干燥剂、增稠剂、填充剂等产品来使用，虽然已有大量学者采用不同的改性方法制备了吸附效果更佳的功能化凹凸棒石，但无论是废水处理还是生态修复，实际投入使用的并不多。其中部分原因在于研究者对改性凹凸棒石只进行了吸附性能实验，并未通过长期的共培养实验评估其对各环境指标的影响。所以，后期的研究若能够涉及到改性凹凸棒石长期应用的效果评价，将会大大促进新型材料的推广。
　　
　　资料来源：《王柔,邹羿菱云,丁子卯,等.凹凸棒石的改性及其在水环境领域的研究和应用[J].水处理技术:2022》，由【粉体技术网】编辑整理，转载请注明出处！