黏土礦物材料與環(huán)境修復內容簡介

本書較系統介紹了黏土礦物材料及其在環(huán)境修復中的應用。內容包括：黏土礦物材料的晶體結構特征；熱活化、酸活化過程中的微結構變化；有機/無機柱撐黏土礦物材料的制備與表征；黏土礦物層間域的界面特性及環(huán)境意義；有機黏土礦物材料對污染地下水的修復；黏土礦物材料治理赤潮污染；黏土礦物材料對肥料養(yǎng)分的控釋作用；黏土礦物材料/重金屬離子界面反應機制與專性吸附；有機/無機復合柱撐黏土礦物材料對毒害有機污染物的吸附特征；黏土礦物材料對放射性廢物的處理處置；黏土礦物材料控制沙漠化修復技術；黏土礦物抗菌材料；噪聲控制材料；納米介孔復合光催化材料；黏土礦物材料在環(huán)境修復中的應用前景展望等內容。本書是在作者主持的國家自然科學基金、廣東省自然科學基金和中國博士后科學基金（中博基[1999]10號）等項目發(fā)表的有關專論、論文和專利基礎上進行撰寫的專著，具有較強的先進性與實用性。

黏土礦物材料與環(huán)境修復

作者：吳平霄 編著

出版日期：2004年8月

書號：7-5025-5643-5

開本：32

裝幀：平膜

版次：1版1次

頁數：416頁

上篇黏土礦物材料理論、技術及譜學研究1

1緒論3

11概述3

12層狀硅酸鹽4

121四面體片4

122八面體片6

123結構層6

13黏土礦物的分類8

14黏土礦物的表面物理化學性質11

141黏土礦物的電荷11

142黏土礦物的電荷零點13

143黏土礦物的擴散雙電層理論13

144黏土礦物的水化作用16

145黏土礦物陽離子固定作用17

15黏土礦物的吸附性17

151黏土礦物的表面積17

152物理吸附18

153化學吸附19

154離子交換性吸附19

2黏土礦物材料的晶體結構特征24

21高嶺石蛇紋石族礦物24

211高嶺石亞族（kaolinite）24

212蛇紋石(serpentine)亞族24

213高嶺石礦物的晶體結構特征25

22滑石葉蠟石族礦物26

221滑石Mg3Si4O10(OH)227

222葉蠟石Al2Si4O10(OH)229

23蒙脫石皂石族礦物30

231蒙脫石亞族（montmorillonite）30

232皂石亞族（saponite）31

233蒙脫石X射線衍射特征32

234蒙脫石礦物的熱分析33

235蒙脫石礦物的紅外分析36

24云母伊利石37

241黑云母、金云母基本結構37

242黑云母、金云母的X射線衍射特征39

243黑云母、金云母的紅外光譜39

244伊利石41

25蛭石礦物41

251蛭石的形成機制42

252蛭石的礦物學44

253蛭石的礦物譜學46

26綠泥石52

261三八面體綠泥石55

262二八面體綠泥石56

27海泡石坡縷石58

271海泡石61

272坡縷石62

28間層礦物63

281間層結構的類型64

282間層黏土礦物的名稱65

29非晶質黏土礦物67

291水鋁英石68

292伊毛縞石70

3黏土礦物材料熱活化過程中的微結構變化73

31蒙脫石的差熱曲線特征73

32蒙脫石及其熱產物的X射線衍射特征74

33蒙脫石及其熱產物的固體高分辨魔角旋轉核磁共振譜76

33129Si譜76

33227Al譜76

34蒙脫石及其熱產物的掃描電子顯微鏡研究78

35蒙脫石及其熱產物的順磁共振（EPR）譜特征79

36蒙脫石熱相變物理模型82

4酸活化黏土礦物材料的表面活性84

41酸化蒙脫石制備84

42酸化蒙脫石的化學組成及表面化學性質84

43酸化蒙脫石的脫色性能86

44酸化蒙脫石的表面酸性與比表面積87

441表面酸性87

442比表面積及粒度分析89

45蒙脫石及其酸處理產物的譜學研究91

451蒙脫石及其酸處理產物的X射線衍射特征91

452蒙脫石及其酸處理產物的紅外光譜分析92

453蒙脫石及其酸處理產物的固體高分辨魔角旋轉核磁共振譜93

454蒙脫石及其酸處理產物的原子力顯微鏡研究94

455酸化蒙脫石的電子順磁共振譜98

46討論99

5無機柱撐黏土礦物材料的制備與表征101

51蒙脫石的單核柱撐研究101

511Keggin離子的制備101

512柱撐蒙脫石的制備107

513柱撐蒙脫石的X射線衍射特征107

514紅外光譜（IR）分析108

515羥基鋁柱化蒙脫石的熱穩(wěn)定性109

516柱撐蒙脫石的表面物理化學性質111

517用AFM觀察柱撐蒙脫石的表面結構112

518柱撐蒙脫石的1H MAS NMR譜112

52蒙脫石的多核柱撐研究113

521柱撐黏土的制備步驟114

522羥基鐵鋁柱化劑的結構114

523羥基鐵鋁柱化蒙脫石的結構116

524羥基鐵鋁柱化蒙脫石的熱穩(wěn)定性119

525羥基鐵鋁柱化蒙脫石的表面物理化學性質120

6有機插層黏土礦物材料的制備與表征123

61有機插層蛭石的制備124

62有機插層蛭石的X射線衍射特征125

63差熱分析125

64蛭石對HDTMA·Br的吸附機制126

641離子交換與分子吸附126

642有機插層蛭石在水中的分散與絮凝127

65HDTMA在蛭石層間的排列方式129

66有機插層蛭石的脫附特征132

67有機插層高嶺石133

671X射線衍射分析133

672Raman 光譜研究135

673DRIFT 譜研究136

6741H MAS NMR譜138

68有機插層蒙脫石142

681X射線衍射特征143

682HDTMA 插層蒙脫石的13C MAS NMR譜144

7黏土礦物層間域的界面特性及環(huán)境意義148

71影響?zhàn)ね恋V物層間域性質的因素148

711結構層類型的影響148

712層電荷的影響149

713電荷位置的影響150

714層間陽離子的影響150

721∶1型黏土礦物的層間域151

721吸附水151

722吸附無機化合物152

723 吸附有機化合物153

732∶1型黏土礦物的層間域155

731柱撐蒙脫石的制備156

732柱撐蒙脫石的基本特征157

733柱撐蒙脫石的應用158

734柱撐蒙脫石對環(huán)境污染物的吸附159

74結語163

下篇黏土礦物材料對污染環(huán)境的修復165

8有機黏土礦物材料對污染地下水及土壤的修復167

81有機黏土礦物材料的基本特征168

811有機黏土礦物的制備168

812有機黏土礦物的基本特征170

813土壤改性171

82有機黏土礦物對有機污染物的吸附174

821非離子型有機污染物的吸附175

822對離子型污染物的吸附177

83對有機污染環(huán)境的修復179

831土地填埋防滲材料添加劑179

832工業(yè)廢水中有機污染物的去除180

833污染地下水的現場修復181

84對農藥污染的修復機理184

841分子吸附模式185

842氫鍵吸附模式187

843不可逆交換吸附模式188

844質子化吸附模式189

845吸附分解模式190

846層電荷對吸附模式的影響191

85細菌與黏土礦物的相互作用193

9黏土礦物材料治理赤潮污染196

91引言196

92黏土礦物對海水中主要營養(yǎng)鹽的吸附特征199

921黏土礦物對磷酸鹽的吸附作用200

922黏土礦物對硝酸鹽的吸附作用204

93黏土礦物對赤潮生物細胞生長的影響205

931尖刺擬菱形藻細胞生長速率模型206

932黏土濃度對尖刺擬菱形藻細胞生長的影響207

933黏土礦物對尖刺擬菱形藻分泌軟骨藻酸的影響208

94柱撐黏土礦物對赤潮生物的絮凝作用210

941Mg2 濃度及制備溫度對黏土表面電性的影響210

942陽離子黏土對赤潮生物的絮凝作用212

95有機改性高嶺石去除有害赤潮藻213

951HDTMAB 改性高嶺土的除藻效果214

952 HDTMAB用量對有機改性高嶺石除藻效果的影響215

953HDTMAB提高高嶺石除藻能力的機理216

96高嶺土與蒙脫石對各種赤潮生物去除能力的比較217

961范德華作用218

962靜電排斥作用219

963溶液pH值及高嶺石酸改性對去除赤潮生物的影響219

10黏土礦物材料對肥料養(yǎng)分的控釋作用222

101引言222

102有機和無機（礦物）控釋材料227

1021有機控釋材料特征227

1022無機（礦物）控釋材料特征228

103無機（礦物）緩釋氮肥229

1031有機和無機（礦物）改性（緩釋）碳酸氫銨229

1032無機（礦物）改性（緩釋）尿素236

104無機（礦物）促釋磷肥241

1041引言241

1042試驗材料及處理241

1043改性磷肥中有效磷，水溶性磷含量242

1044盆栽試驗結果243

1045改性磷肥的X射線衍射（XRD）分析244

1046改性磷肥的紅外光譜（IR）分析247

1047改性磷肥的增效機理248

105長效無機（礦物）鉀肥250

1051長效鉀肥的制備和盆栽試驗251

1052 盆栽試驗結果252

1053X射線衍射分析253

1054紅外光譜特征254

106礦物微肥（鋅肥）255

1061礦物鋅肥的制備和盆栽試驗255

1062盆栽試驗結果256

1063礦物鋅吸附等溫線256

1064X射線衍射分析258

1065紅外光譜分析259

1066差熱與熱重分析261

1067礦物鋅肥的肥效機理分析263

11黏土礦物材料/重金屬離子界面反應機制與專性吸附264

111引言264

112黏土礦物材料對重金屬離子的吸附容量266

113黏土礦物材料對重金屬離子的專性吸附268

114pH值對黏土礦物材料吸附重金屬離子的影響272

115黏土礦物材料/重金屬離子界面反應機制273

1151離子交換吸附機理273

1152配合作用機理274

1153共沉淀機理275

116黏土礦物材料對重金屬污染土壤的修復276

1161重金屬污染物在環(huán)境中的存在形式276

1162重金屬在水中的存在形式276

1163重金屬在沉積物中的存在形式277

1164層狀硅酸鹽礦物對重金屬污染的治理途徑277

12有機/無機復合柱撐黏土礦物材料對毒害有機污染物的吸附特征281

121有機/無機復合柱撐蒙脫石對苯酚的吸附特性281

1211有機/無機復合柱撐蒙脫石的制備282

1212吸附實驗方法282

1213pH值對吸附性能的影響283

1214吸附平衡時間對吸附性能的影響286

1215蒙脫石吸附苯酚的飽和吸附曲線286

1216循環(huán)再吸附實驗287

1217柱撐蒙脫石吸附苯酚的機理290

122有機插層蛭石對苯酚和氯苯的吸附特性研究291

1221材料與方法293

1222吸附平衡時間對吸附性能的影響293

1223pH值對吸附性能的影響294

1224吸附等溫線296

1225有機插層蛭石對苯酚和氯苯同時存在的吸附298

1226有機蛭石對環(huán)境污染物的吸附機制及其環(huán)境意義299

13 黏土礦物材料對放射性廢物的處理處置301

131引言301

132環(huán)境中放射性污染物質的來源304

1321核試驗304

1322核武器制造、核能生產和核事故305

1323放射性同位素的生產和應用306

1324礦物的開采、冶煉和應用306

1325建筑材料的生產和應用307

133黏土礦物對放射性元素的吸附特性308

134黏土礦物高放廢物地質處置庫緩沖/回填防滲材料314

1341抗壓強度的影響因素315

1342膨潤土摻加比例對滲透系數的影響315

1343壓實含水率和壓實干密度對滲透系數的影響316

135新型放射性廢物固化膠凝材料317

1351富鋁和吸附材料的選擇318

1352抗硫酸鹽侵蝕性能319

1353耐輻照性能319

1354浸出率320

14黏土礦物材料控制沙漠化修復技術321

141前言321

142黏土淀粉接枝共聚丙烯酰胺超吸水性復合材料323

1421黏土種類對超吸水復合材料吸水性能的影響323

1422黏土添加量對超吸水復合材料吸水性能的影響324

1423交聯劑用量對超吸水復合材料吸水性能的影響324

1424超吸水復合材料的吸水率與吸水速率325

143黏土纖維素接枝共聚丙烯酰胺超吸水性復合材料325

144黏土聚乙烯醇高吸水性材料327

145黏土/聚丙烯酸鈉鹽高吸水性復合材料329

146聚丙烯酸/絹云母超吸水性復合材料331

147高吸水材料對沙漠化治理335

15黏土礦物抗菌材料337

151前言337

152未負載金屬離子的蒙脫石與細菌相互作用338

153蒙脫石對抗菌金屬離子的吸附容量340

154坡縷石載銀抗菌劑342

155海泡石載銀抗菌材料345

156累托石載銀抗菌材料347

157利用黏土礦物制抗菌劑中的幾個問題348

16噪聲控制材料350

161噪聲控制基本知識350

1611聲音的度量——分貝的概念350

1612噪聲評價351

1613國際標準化組織建議的城市公共噪聲評價標準（1971年 ）355

162吸聲材料和吸聲結構356

1621吸聲材料的性能和分類357

1622多孔吸聲材料的種類357

163無機多孔狀膨脹蛭石吸聲材料358

1631膨脹蛭石生產工藝361

1632膨脹蛭石制品生產工藝364

1633膨脹蛭石及其制品的技術性能368

17納米介孔復合光催化材料370

171引言370

172納米TiO2介孔柱撐蒙脫石光催化材料372

1721納米TiO2介孔柱撐蒙脫石的光催化性能373

1722光催化降解過程中GTL的UVVis譜圖變化374

1723初始pH值的影響375

173凹凸棒石負載納米TiO2的光催化性能377

1731太陽光光降解377

1732甲基橙降解動力學377

174納米TiO2/黏土礦物反應途徑378

1741硅鈦柱撐黏土礦物(SiTiPILCs)379

1742酸化鈦柱撐蒙脫石(AcidTiPILCs)379

1743銅鈦柱撐蒙脫石(CuTiPILCs)379

1744鐵鈦柱撐蒙脫石(FeTiPILCs)379

1745釩鈦柱撐蒙脫石(VTiPILCs)380

18黏土礦物材料在環(huán)境修復中的應用前景展望381

181黏土礦物對水體污染治理的研究382

1811重金屬離子的吸附處理382

1812處理水中的有機污染物383

1813處理水中的離子型化合物383

182大氣污染治理383

183放射性污染治理384

184環(huán)境替代材料384

185無機抗菌劑384

186節(jié)能方面的應用385

187對土壤的修復作用386

參考文獻389 2100433B

（一）黏土的成因

黏土是由富含長石等鋁硅酸鹽礦物的巖石經過風化作用或熱液蝕變作用而形成的。這類經風化或蝕變作用而生成黏土的巖石統稱為黏土的母巖。

母巖經風化作用而形成的黏土產于地表或不太深的風化殼以下；母巖經熱液蝕變作用而形成的黏土常產于地殼較深處。

風化作用類型有：1）機械的（物理的）；2）化學的；3）生物的。

熱液蝕變型：高溫巖漿冷凝結晶后，殘余巖漿中含有大量的揮發(fā)分及水，溫度進一步降低時，水分則以液態(tài)存在，但其中溶有大量其它化合物。當這種熱液（水）作用于母巖時，會形成黏土礦床，這就稱為熱液蝕變型黏土礦，如衡陽界牌土。

（二）黏土的分類

1、按成因分類

1）原生黏土：又稱一次黏土，殘留黏土，是母巖風化崩解在原地殘留下來的黏土。特點：顆粒較粗，可塑性較差，耐火度高。

2）次生黏土：又稱二次黏土，沉積黏土，是由風化形成的黏土，經雨水河流的沖刷及有時外加風力的作用，遷移至盆地或其他地勢較低處沉積下來，而形成黏土層。特點：顆粒較細，可塑性較好，耐火度差 。

2、按可塑性分類

1）高可塑性黏土：軟質黏土。其分散度大，多呈疏松狀。如粘性土、膨潤土、木節(jié)土等。

2）低可塑性黏土：硬質黏土。其分散度小，多呈致密塊狀。如葉蠟石、焦寶石、瓷石等。

3、按耐火度分類

1）耐火黏土：一般耐火黏土的耐火度在1580℃ 以上，較純，含雜質較少。

2）難熔黏土：其耐火度在1350~1580℃ ，含易熔雜質在10~15%。

3）易熔黏土：其耐火度在1380℃ 以下，含有大量的雜質。

4、按化學組成分類

1）富鋁黏土 ；2）貧鋁黏土。

（三）黏土的主要礦物類型

黏土礦物主要為高嶺石類（包括高嶺石、多水高嶺石等）、蒙脫石類（包括蒙脫石、葉蠟石等）和伊利石類（也稱水云母）等等。

1、高嶺石類

因首先在江西景德鎮(zhèn)東部的高嶺村山頭發(fā)現，故國際上都把這種制瓷黏土稱為高嶺(Kaolin)土，其主要礦物成分是高嶺石(Kaolinite)和多水高嶺石。

屬于高嶺石類的黏土礦物還有地(迪)開石(Dickite)、珍珠陶土(Nacrite)和多水高嶺石(埃洛石Hallysite，又稱敘永石，為我國四川敘永縣以盛產這種礦物為主的黏土而得名)等。

2、蒙脫石類

概述：蒙脫石（Montmorillonite）也是一種常見的黏土礦物，以蒙脫石為主要組成礦物的黏土稱為膨潤土（bentonite），一般呈白色、灰白色、粉紅色或淡黃色，被雜質污染時呈現其它顏色，其晶粒呈不規(guī)則細粒狀或鱗片狀。

特性：1）吸濕膨脹性：吸水后體積可膨脹20-30倍；2）離子交換性：在水中呈懸浮和凝膠狀，具有良好的陽離子交換特性。

3、伊利石類

伊利石是白云母經強烈的化學風化作用而轉變?yōu)槊擅撌蚋邘X石過程中的中間產物。

組成成分與白云母相似。

4、水鋁英石

是一種非晶質的含水硅酸鋁，它的結構可能是由硅氧四面體和金屬離子配位八面體任意排列而成，沒有任何對稱性。

它與其它黏土礦物的區(qū)別是它能在鹽酸中溶解。而其它結晶質的黏土礦物不溶解于鹽酸，但溶解于硫酸。

它在自然界中并不常見，往往少量地包含在其它黏土中。