埃洛石是一种具层状结构的1:1型铝硅酸盐矿物，是高岭石的水合多型矿物，由于结晶条件和地质产出环境的差异，埃洛石具有不同的蚀变程度和水合状态，可呈管状、球状、片状等多种形貌，但以管状形貌最为常见。
　　
　　由于具有储量丰富、廉价易得、环境相容性好、比表面积大、表面基团丰富和吸附效率高等特点，以及独特介孔型管状内腔和带不同电荷的内、外表面，HNT已被广泛用于环境污染修复领域，不仅可以直接用于污染物的吸附固定，还可用于多种有机污染物的催化降解。
　　
　　埃洛石和地开石同属于高岭石族1:1型粘土矿物，其结构单元层由1层硅氧四面体(T)和铝氧八面体(O)组成。埃洛石结构单元层间为1层水分子，由于水分子层的存在使得相邻单元层无法通过氢键维持平衡，因此埃洛石的结构单元层通过卷曲消除结构应力（硅氧四面体和铝氧八面体尺寸不匹配导致产生结构应力），形成多壁卷曲纳米管结构；地开石层状结构具有二维相互连通的通道，即T和O共用一个氧原子，每两个相邻的层遵循TO-TO模式的排列，并由氢键连接，这为埃洛石向地开石的聚合转化提供了可能。
　　
　　近日，华南理工大学环境与能源学院吴平霄教授团队研究发现，埃洛石与偏硅酸钠在水热条件下可以发生聚合反应，反应过程中外源硅与埃洛石内表面铝羟基反应，导致埃洛石管逐层展开，生成地开石。埃洛石地开石化过程中，原埃洛石结构中Al-O-Si键断裂，形成/暴露了更多的铝羟基基团，这极大地增强了埃洛石对Pb2+、Cd2+和Cr3+的去除能力(图1)。

图1.展开埃洛石管形成地开石及其固定重金属过程示意图

　　
　　本研究通过引入偏硅酸钠作为外源硅，对埃洛石向地开石的聚合转化展开了研究。随着偏硅酸钠比例逐渐增大，偏硅酸钠优先与埃洛石内表面铝羟基作用，在管口形成小球并逐渐变大, 形成均匀分布的金针菇状材料。部分埃洛石管上面的小球，从孔口延伸到空心管的中间逐渐断裂，扩张成片层状，最终形成较大的球体。透射电镜结果清晰地展示了埃洛石管逐层打开再聚合转化为地开石的反应过程，转化后埃洛石的晶格条纹展现出了与XRD对应的特征晶面和晶格间距，进一步表明偏硅酸钠与埃洛石的聚合反应导致埃洛石成功地转化为地开石(图2)。
　　

图2.埃洛石管逐渐打开形成地开石的转化过程

　　
　　与埃洛石相比，地开石具有更加丰富的羟基和接触位点、更大的比表面积，表面位点表现出更高的活性。吸附实验表明，相对于埃洛石原矿，转化后形成的地开石对Pb2+、Cd2+和Cr3+的吸附能力分别提高了近20倍、12倍和10倍；其对Pb2+、Cd2+和Cr3+的吸附行为符合二级动力学，吸附等温模型符合Langmuir模型，这表明三种重金属离子在地开石表面主要是单层吸附(图3)。因此，将埃洛石地开石化，显著提高了其对有毒金属离子的去除能力。
　　

图3.地开石对重金属的吸附动力学和等温模型
 

图4.地开石对重金属的吸附机理
 

　　对吸附后的产物分析表明，Pb2+、Cd2+和Cr3+分别以铝铅硅酸盐，铝硅酸盐镉，铬氧化铝的形式被固定。固定后地开石表面铝羟基的伸缩振动和弯曲振动出现了明显的变化(图4)，表明地开石对重金属的吸附机理主要是介孔配位和羟基络合作用。
　　
　　综上，埃洛石的地开石化技术，旨在打开其管状结构，使更多的活性基团暴露出来，用于去除重金属污染，研究结果为扩大埃洛石等粘土矿物在毒性重金属去除领域的应用提供了重要的技术参考。
　　
　　资料来源：Applied Clay Science