改性蒙脱土应用现状的研究

摘要：蒙脱土是一种硅铝酸盐粘土，具有层状结构，因它贮量丰富、价格低廉，是近年来受国内外广泛关注的矿物材料之一。由于其具有的特殊层状结构，使其具有层间可膨胀性，层间阳离子可交换性等特征，决定了蒙脱土在工业领域中的广泛应用。简要介绍了蒙脱土的结构、基本性质，重点介绍了蒙脱土目前的应用研究状况并展望了其应用前景。

关键词：蒙脱土；结构；应用

蒙脱土（MMT）是一类具有层状结构的硅铝酸盐非金属纳米矿物。由于其具有膨胀性、吸水性、离子交换性等性质特点被广泛地应用。由于天然蒙脱土颗粒层间距小，层间化学微环境不利于单体插入，从而和单体的相容性差，因此对蒙脱土进行改性能够提高其使用性能并扩大应用领域。利用改性蒙脱土的层间域这一特殊的化学反应场所，可应用于催化还原、吸附/脱附和光催化等过程中。本文主要对改性蒙脱土的应用进行论述。

1 蒙脱土的结构与性质

天然的蒙脱土是一种形貌为层状的含水硅铝酸盐矿物，其化学通式为（Al2-y，Mgy） Si4010（OH）2·nH20，结构单元中Si-0与Al-O比为2：1。分子结构包含有三个亚层，在两个硅氧四面体亚层中间含有一个铝氧八面体亚层，层与层之间通过共用氧原子以共价键形式连接，其结构如图l所示。层和层之间存在的空间叫做层间域，黏土矿物因此具有层间的交换、吸附、催化、聚合等特性。除此以外，蒙脱土的层间域还具有层间柱撑的特性。

2 改性蒙脱土的应用

蒙脱土层间具有可膨胀性，可交换阳离子等特征，在经过改性处理后的蒙脱土，层间距离变大，膨胀性能更好，改善了无机物的界面极性和化学微环境。这使蒙脱土在纳米复合材料、催化材料和废水处理中都表现出极大地应用能力。

2.1 改性蒙脱土在纳米复合材料中的应用

1987年日本丰田公司首次运用原位插层聚合法，把蒙脱石的单位晶胞结构剥离，使之达到纳米级别，均匀分散于尼龙基体中，制备出性能优越的尼龙/蒙脱土纳米复合材料。随后，聚合物/黏土纳米复合材料引起了研究者的广泛关注。近年来，国内外对聚合物/黏土纳米复合材料研究非常活跃。刘平生等通过用十六烷基三甲基溴化铵改性钠基蒙脱土，并采用插层法制备蒙脱土/聚丙烯酸树脂。作者通过对改性蒙脱土用量、引发剂用量等多方面因素实验，得到实验最佳条件，并得出插入丙烯酸有助于蒙脱土片层剥离，形成纳米级分散，大大增强树脂吸水率的结果。侯孟华等采用插层聚合的方法，把蒙脱土均匀地分散到水性聚氨酯基体中，研究了蒙脱土改性水性聚氨酯乳液及涂膜等性能的影响，结果表明蒙脱土

的最佳剂量为l%时，乳液涂膜的拉伸强度和断裂伸长率比纯水性聚氨酯都有所提高。郭宁等分别采用熔融插层法与溶液插层法制备了环氧树脂/有机化蒙脱土纳米复合材料，目前已被广泛应用于飞机、卫星、航天器等的构件和固体火箭发动机壳体等。冯辉霞等采用二次插层法制备CTAB2 -Cul -MMT，利用丙交酯和该改性蒙脱土原位聚合制备出聚乳酸/有机蒙脱土纳米复合材料，该复合材料被证明具有良好的热稳定性，在包装材料上面具有极大的应用潜力。黄国波等以三氯氧磷和新戊二醇为原料，合成了一种新型磷氮型季铵盐（PAHAC），并利用PAHAC与钠基蒙脱土（Na-MMT）离子交换反应制备有机磷氮系一蒙脱土阻燃剂（PAHAC-MMT）。透射电镜（TEM）分析结果表明20%PAHAC-MMT经LDPE熔融插层，形成的插层一剥离型纳米复合材料经锥形量测试结果表明具有良好的阻燃性能，20% PAHAC-MMT（7%）/IDPE的热释放速率峰值（PHRR）比LDPE降低了21%，热释放总量（THR）下降了9.5%。Park等通过静电纺丝制造技术在水溶液中首次合成出聚乙烯醇/蒙脱土/银纳米纤维，并验证其具备了很好的抗菌性能，对于制备新型的防腐剂具有很大的应用潜力。Cao等使用微波辅助原位制备聚乳酸/蒙脱土纳米复合材料，当有机蒙脱土和催化剂的剂量为1.0%和0.6%时，材料具有最佳的机械性能且热稳定性相比聚乳酸有所提高。车晶等从乳酸出发，采用直接熔融原位聚合法成功制备了具有更好结晶性、热稳定性、力学性能、阻隔性能以及降解性能，且相对分子质量较高的插层或剥离型聚乳酸/蒙脱土纳米复合材料，这对于简化生产工艺且制备出性能更好的聚乳酸纳米复合材料具有重要意义。张继华等采用热机械共混的方法，制备了有机蒙脱土（OMMT）/低温氢化丁腈（HNBR）的橡胶材料，结果表明，在HNBR橡胶中添加少量OMMT，能够提高氢化丁腈的网络密度，增强HN-BR橡胶的低温弹性，也能大幅提高橡胶的力学性能及其耐油性。肖新颜，杨泽清采用熔融共混法制备了有机蒙脱土（OMMT）/废胶粉复合改性沥青，与废胶粉改性沥青相比，OMMT/废胶粉复合改性沥青的抗热氧老化性能和热储存稳定性明显提高，在道路交通领域中具有非常广泛应用前景。Sandri等制备出蒙脱土（MMT）/壳聚糖（CS）装载磺胺嘧啶银纳米复合材料，经体外伤口愈合测试结果证明，该复合材料能够有效地防止药物对细胞产生毒性，保护纤维组织母细胞，有利于其进行增殖，是一种具有应用前景的治疗皮肤损伤的药物材料。

2.2 蒙脱土在催化材料中的应用

20世纪70年代Vaughan等首次使用无机阳离子成功制备出柱撑蒙脱土，该类蒙脱土被广泛应用在催化剂上，自此，各种柱撑类蒙脱土被相继合成。其中，二氧化钛柱撑蒙脱土材料由于其具有高比表面积和良好的热稳定性，广受国内外学者的研究。Damardji等采用微波辅助焙烧的方法制备二氧化钛柱撑蒙脱土，该材料用于偶氮染料降解，具有高效光催化效率和稳定性。闫小玲等采用溶胶一凝胶法制备氯掺杂二氧化钛柱撑蒙脱土催化剂，首次报道卤素掺杂钛柱撑蒙脱土的研究，且所制备的催化剂在光催化降解硝基苯胺方面显示出良好的催化活性，有望成为一种具有前景的光催化剂。张颖等以制备的Tio2柱撑蒙脱土为催化剂，并应用于FCC汽油的脱硫试验中，经测试，硫容量达到1.65 mg/g，是400℃焙烧原土硫容量的2倍，具有良好的脱硫性能。董慧等制备出负载钴的铈铝柱撑蒙脱土催化剂，用于费托反应，结果表明，该催化剂具有高热稳定性，在费托反应中表现出良好的催化活性。Saikia等制备出蒙脱土负载Ni的纳米材料作为催化

剂，成功在无溶剂条件下催化合成出Hantzsch聚羟基喹啉衍生物。Wang等制备出Pt/CNx-MMT催化剂，经循环伏安法测量结果表明，比起Pt附着在传统碳载体上（Pt/C）的催化剂，Pt/CNx-MMT催化剂更能增强甲醇氧化反应的电催化活性，使之更容易发生反应，并且具有较好的稳定性，在燃料电池电催化方面具有巨大的应用潜力。吴淑杰等通过离子交换法成功制备了Co（Ⅱ）8-羟基喹啉配合物固载到蒙脱土的催化剂（Co（8-Q）2-MT），该催化剂在空气中氧化苯乙烯具有很好的催化活性和重复利用率。2.3 蒙脱土在废水处理中的应用

由于蒙脱土具有层间域，能够吸附物质，改性蒙脱土被应用到净化处理工业废水领域上。自20世纪末期，我国中科院地化所、天津大学等高校科研机构对蒙脱土表面改性活化，取得了良好的效果。其主要有用于吸附含苯、甲苯等有毒有机物和对动、植物油等的脱色处理。马霞等研究了改性蒙脱土和新生二氧化锰协同作用下吸附甲基橙的性能，去除率高达96.5%。杨性坤等用十六烷基三甲基溴化铵插层钠基蒙脱土，并研究其吸附苯酚的性能。实验表明，在CTMBA和蒙脱土量之比为100mmol/100g，75℃下反应2～3h，可制备出层间距较大的改性蒙脱土，且在一定条件对苯酚的去除率达到76%～78%。Chen等用十六烷基三甲基溴（CTAB）改性蒙脱土后，用水解钛醇盐的酸性溶液插层该改性蒙脱土，制备出Ti0柱撑有机蒙脱土，进行亚甲基蓝的降解实验，结果表明，在60min内该复合材料对亚甲基蓝的降解率达到99%。Li等采用铁水合物溶液和十二烷基硫酸钠（SDS）溶液改性蒙脱土，制备出阴离子表面活性剂改性的Fe层柱撑蒙脱土，用于吸附Cu（ll）和Co（II）起到良好效果，能广泛应用于土壤和地下水污染的修复以及作为反刍动物受金属污染伤害的解毒剂。WU等采用钠基蒙脱土吸附环丙沙星，较为详尽地解释了其吸附机理主要为阳离子交换吸附，被吸附的环丙沙星插层到蒙脱土中，且溶液的pH值对环丙沙星的吸附量和形态具有较强影响。Ma等采用十六烷基三甲基溴化铵改性有机蒙脱土吸附酸性染料，并解释了其吸附机理主要为阴离子交换吸附。有机蒙脱土的吸附容量受表面活性剂烷基链的长度影响。Brown等通过在Si柱撑蒙脱土的表面接枝一种螯合配位体，制备出一种不可逆固定重金属污染物的吸附剂。经实验证明，该吸附剂即便在弱酸性情况下依然能够有效地吸附土壤中的各种重金属，是一种具有应用前景的重金属吸附剂。史艳茹等以原位插层共聚法合成木质纤维素接枝丙烯酸/蒙脱土三维网络水凝胶（LNC-g-AA/MMT），并用此材料首次对亚甲基蓝进行吸附性能的研究。结果表明，在探讨得到的最佳条件下，该材料对亚甲基蓝的吸附量高达l994.38 mg/g，且吸附饱和的LNC-g-AA/MMT的脱附率高达83.4%。

3 展望

随着对蒙脱土改性的深入研究，蒙脱土在工业上将会展现更大的应用空间。今后多组分的无机、有机改性剂及有机/无机复合改性剂将会成为蒙脱土改性研究的主要发展方向。

对现有制备方法的改进和创新，寻找经济可行的方法仍是聚合物/黏土插层型纳米复合材料今后的研究的重点。

目前，对于蒙脱土复合催化材料的研究报道较少。根据蒙脱土的结构特点，