本书较系统介绍了黏土矿物材料及其在环境修复中的应用。内容包括：黏土矿物材料的晶体结构特征；热活化、酸活化过程中的微结构变化；有机/无机柱撑黏土矿物材料的制备与表征；黏土矿物层间域的界面特性及环境意义；有机黏土矿物材料对污染地下水的修复；黏土矿物材料治理赤潮污染；黏土矿物材料对肥料养分的控释作用；黏土矿物材料/重金属离子界面反应机制与专性吸附；有机/无机复合柱撑黏土矿物材料对毒害有机污染物的吸附特征；黏土矿物材料对放射性废物的处理处置；黏土矿物材料控制沙漠化修复技术；黏土矿物抗菌材料；噪声控制材料；纳米介孔复合光催化材料；黏土矿物材料在环境修复中的应用前景展望等内容。本书是在作者主持的国家自然科学基金、广东省自然科学基金和中国博士后科学基金（中博基[1999]10号）等项目发表的有关专论、论文和专利基础上进行撰写的专著，具有较强的先进性与实用性。

上篇黏土矿物材料理论、技术及谱学研究1

1绪论3

11概述3

12层状硅酸盐4

121四面体片4

122八面体片6

123结构层6

13黏土矿物的分类8

14黏土矿物的表面物理化学性质11

141黏土矿物的电荷11

142黏土矿物的电荷零点13

143黏土矿物的扩散双电层理论13

144黏土矿物的水化作用16

145黏土矿物阳离子固定作用17

15黏土矿物的吸附性17

151黏土矿物的表面积17

152物理吸附18

153化学吸附19

154离子交换性吸附19

2黏土矿物材料的晶体结构特征24

21高岭石蛇纹石族矿物24

211高岭石亚族（kaolinite）24

212蛇纹石(serpentine)亚族24

213高岭石矿物的晶体结构特征25

22滑石叶蜡石族矿物26

221滑石Mg3Si4O10(OH)227

222叶蜡石Al2Si4O10(OH)229

23蒙脱石皂石族矿物30

231蒙脱石亚族（montmorillonite）30

232皂石亚族（saponite）31

233蒙脱石X射线衍射特征32

234蒙脱石矿物的热分析33

235蒙脱石矿物的红外分析36

24云母伊利石37

241黑云母、金云母基本结构37

242黑云母、金云母的X射线衍射特征39

243黑云母、金云母的红外光谱39

244伊利石41

25蛭石矿物41

251蛭石的形成机制42

252蛭石的矿物学44

253蛭石的矿物谱学46

26绿泥石52

261三八面体绿泥石55

262二八面体绿泥石56

27海泡石坡缕石58

271海泡石61

272坡缕石62

28间层矿物63

281间层结构的类型64

282间层黏土矿物的名称65

29非晶质黏土矿物67

291水铝英石68

292伊毛缟石70

3黏土矿物材料热活化过程中的微结构变化73

31蒙脱石的差热曲线特征73

32蒙脱石及其热产物的X射线衍射特征74

33蒙脱石及其热产物的固体高分辨魔角旋转核磁共振谱76

33129Si谱76

33227Al谱76

34蒙脱石及其热产物的扫描电子显微镜研究78

35蒙脱石及其热产物的顺磁共振（EPR）谱特征79

36蒙脱石热相变物理模型82

4酸活化黏土矿物材料的表面活性84

41酸化蒙脱石制备84

42酸化蒙脱石的化学组成及表面化学性质84

43酸化蒙脱石的脱色性能86

44酸化蒙脱石的表面酸性与比表面积87

441表面酸性87

442比表面积及粒度分析89

45蒙脱石及其酸处理产物的谱学研究91

451蒙脱石及其酸处理产物的X射线衍射特征91

452蒙脱石及其酸处理产物的红外光谱分析92

453蒙脱石及其酸处理产物的固体高分辨魔角旋转核磁共振谱93

454蒙脱石及其酸处理产物的原子力显微镜研究94

455酸化蒙脱石的电子顺磁共振谱98

46讨论99

5无机柱撑黏土矿物材料的制备与表征101

51蒙脱石的单核柱撑研究101

511Keggin离子的制备101

512柱撑蒙脱石的制备107

513柱撑蒙脱石的X射线衍射特征107

514红外光谱（IR）分析108

515羟基铝柱化蒙脱石的热稳定性109

516柱撑蒙脱石的表面物理化学性质111

517用AFM观察柱撑蒙脱石的表面结构112

518柱撑蒙脱石的1H MAS NMR谱112

52蒙脱石的多核柱撑研究113

521柱撑黏土的制备步骤114

522羟基铁铝柱化剂的结构114

523羟基铁铝柱化蒙脱石的结构116

524羟基铁铝柱化蒙脱石的热稳定性119

525羟基铁铝柱化蒙脱石的表面物理化学性质120

6有机插层黏土矿物材料的制备与表征123

61有机插层蛭石的制备124

62有机插层蛭石的X射线衍射特征125

63差热分析125

64蛭石对HDTMA·Br的吸附机制126

641离子交换与分子吸附126

642有机插层蛭石在水中的分散与絮凝127

65HDTMA在蛭石层间的排列方式129

66有机插层蛭石的脱附特征132

67有机插层高岭石133

671X射线衍射分析133

672Raman 光谱研究135

673DRIFT 谱研究136

6741H MAS NMR谱138

68有机插层蒙脱石142

681X射线衍射特征143

682HDTMA 插层蒙脱石的13C MAS NMR谱144

7黏土矿物层间域的界面特性及环境意义148

71影响黏土矿物层间域性质的因素148

711结构层类型的影响148

712层电荷的影响149

713电荷位置的影响150

714层间阳离子的影响150

721∶1型黏土矿物的层间域151

721吸附水151

722吸附无机化合物152

723 吸附有机化合物153

732∶1型黏土矿物的层间域155

731柱撑蒙脱石的制备156

732柱撑蒙脱石的基本特征157

733柱撑蒙脱石的应用158

734柱撑蒙脱石对环境污染物的吸附159

74结语163

下篇黏土矿物材料对污染环境的修复165

8有机黏土矿物材料对污染地下水及土壤的修复167

81有机黏土矿物材料的基本特征168

811有机黏土矿物的制备168

812有机黏土矿物的基本特征170

813土壤改性171

82有机黏土矿物对有机污染物的吸附174

821非离子型有机污染物的吸附175

822对离子型污染物的吸附177

83对有机污染环境的修复179

831土地填埋防渗材料添加剂179

832工业废水中有机污染物的去除180

833污染地下水的现场修复181

84对农药污染的修复机理184

841分子吸附模式185

842氢键吸附模式187

843不可逆交换吸附模式188

844质子化吸附模式189

845吸附分解模式190

846层电荷对吸附模式的影响191

85细菌与黏土矿物的相互作用193

9黏土矿物材料治理赤潮污染196

91引言196

92黏土矿物对海水中主要营养盐的吸附特征199

921黏土矿物对磷酸盐的吸附作用200

922黏土矿物对硝酸盐的吸附作用204

93黏土矿物对赤潮生物细胞生长的影响205

931尖刺拟菱形藻细胞生长速率模型206

932黏土浓度对尖刺拟菱形藻细胞生长的影响207

933黏土矿物对尖刺拟菱形藻分泌软骨藻酸的影响208

94柱撑黏土矿物对赤潮生物的絮凝作用210

941Mg2 浓度及制备温度对黏土表面电性的影响210

942阳离子黏土对赤潮生物的絮凝作用212

95有机改性高岭石去除有害赤潮藻213

951HDTMAB 改性高岭土的除藻效果214

952 HDTMAB用量对有机改性高岭石除藻效果的影响215

953HDTMAB提高高岭石除藻能力的机理216

96高岭土与蒙脱石对各种赤潮生物去除能力的比较217

961范德华作用218

962静电排斥作用219

963溶液pH值及高岭石酸改性对去除赤潮生物的影响219

10黏土矿物材料对肥料养分的控释作用222

101引言222

102有机和无机（矿物）控释材料227

1021有机控释材料特征227

1022无机（矿物）控释材料特征228

103无机（矿物）缓释氮肥229

1031有机和无机（矿物）改性（缓释）碳酸氢铵229

1032无机（矿物）改性（缓释）尿素236

104无机（矿物）促释磷肥241

1041引言241

1042试验材料及处理241

1043改性磷肥中有效磷，水溶性磷含量242

1044盆栽试验结果243

1045改性磷肥的X射线衍射（XRD）分析244

1046改性磷肥的红外光谱（IR）分析247

1047改性磷肥的增效机理248

105长效无机（矿物）钾肥250

1051长效钾肥的制备和盆栽试验251

1052 盆栽试验结果252

1053X射线衍射分析253

1054红外光谱特征254

106矿物微肥（锌肥）255

1061矿物锌肥的制备和盆栽试验255

1062盆栽试验结果256

1063矿物锌吸附等温线256

1064X射线衍射分析258

1065红外光谱分析259

1066差热与热重分析261

1067矿物锌肥的肥效机理分析263

11黏土矿物材料/重金属离子界面反应机制与专性吸附264

111引言264

112黏土矿物材料对重金属离子的吸附容量266

113黏土矿物材料对重金属离子的专性吸附268

114pH值对黏土矿物材料吸附重金属离子的影响272

115黏土矿物材料/重金属离子界面反应机制273

1151离子交换吸附机理273

1152配合作用机理274

1153共沉淀机理275

116黏土矿物材料对重金属污染土壤的修复276

1161重金属污染物在环境中的存在形式276

1162重金属在水中的存在形式276

1163重金属在沉积物中的存在形式277

1164层状硅酸盐矿物对重金属污染的治理途径277

12有机/无机复合柱撑黏土矿物材料对毒害有机污染物的吸附特征281

121有机/无机复合柱撑蒙脱石对苯酚的吸附特性281

1211有机/无机复合柱撑蒙脱石的制备282

1212吸附实验方法282

1213pH值对吸附性能的影响283

1214吸附平衡时间对吸附性能的影响286

1215蒙脱石吸附苯酚的饱和吸附曲线286

1216循环再吸附实验287

1217柱撑蒙脱石吸附苯酚的机理290

122有机插层蛭石对苯酚和氯苯的吸附特性研究291

1221材料与方法293

1222吸附平衡时间对吸附性能的影响293

1223pH值对吸附性能的影响294

1224吸附等温线296

1225有机插层蛭石对苯酚和氯苯同时存在的吸附298

1226有机蛭石对环境污染物的吸附机制及其环境意义299

13 黏土矿物材料对放射性废物的处理处置301

131引言301

132环境中放射性污染物质的来源304

1321核试验304

1322核武器制造、核能生产和核事故305

1323放射性同位素的生产和应用306

1324矿物的开采、冶炼和应用306

1325建筑材料的生产和应用307

133黏土矿物对放射性元素的吸附特性308

134黏土矿物高放废物地质处置库缓冲/回填防渗材料314

1341抗压强度的影响因素315

1342膨润土掺加比例对渗透系数的影响315

1343压实含水率和压实干密度对渗透系数的影响316

135新型放射性废物固化胶凝材料317

1351富铝和吸附材料的选择318

1352抗硫酸盐侵蚀性能319

1353耐辐照性能319

1354浸出率320

14黏土矿物材料控制沙漠化修复技术321

141前言321

142黏土淀粉接枝共聚丙烯酰胺超吸水性复合材料323

1421黏土种类对超吸水复合材料吸水性能的影响323

1422黏土添加量对超吸水复合材料吸水性能的影响324

1423交联剂用量对超吸水复合材料吸水性能的影响324

1424超吸水复合材料的吸水率与吸水速率325

143黏土纤维素接枝共聚丙烯酰胺超吸水性复合材料325

144黏土聚乙烯醇高吸水性材料327

145黏土/聚丙烯酸钠盐高吸水性复合材料329

146聚丙烯酸/绢云母超吸水性复合材料331

147高吸水材料对沙漠化治理335

15黏土矿物抗菌材料337

151前言337

152未负载金属离子的蒙脱石与细菌相互作用338

153蒙脱石对抗菌金属离子的吸附容量340

154坡缕石载银抗菌剂342

155海泡石载银抗菌材料345

156累托石载银抗菌材料347

157利用黏土矿物制抗菌剂中的几个问题348

16噪声控制材料350

161噪声控制基本知识350

1611声音的度量——分贝的概念350

1612噪声评价351

1613国际标准化组织建议的城市公共噪声评价标准（1971年 ）355

162吸声材料和吸声结构356

1621吸声材料的性能和分类357

1622多孔吸声材料的种类357

163无机多孔状膨胀蛭石吸声材料358

1631膨胀蛭石生产工艺361

1632膨胀蛭石制品生产工艺364

1633膨胀蛭石及其制品的技术性能368

17纳米介孔复合光催化材料370

171引言370

172纳米TiO2介孔柱撑蒙脱石光催化材料372

1721纳米TiO2介孔柱撑蒙脱石的光催化性能373

1722光催化降解过程中GTL的UVVis谱图变化374

1723初始pH值的影响375

173凹凸棒石负载纳米TiO2的光催化性能377

1731太阳光光降解377

1732甲基橙降解动力学377

174纳米TiO2/黏土矿物反应途径378

1741硅钛柱撑黏土矿物(SiTiPILCs)379

1742酸化钛柱撑蒙脱石(AcidTiPILCs)379

1743铜钛柱撑蒙脱石(CuTiPILCs)379

1744铁钛柱撑蒙脱石(FeTiPILCs)379

1745钒钛柱撑蒙脱石(VTiPILCs)380

18黏土矿物材料在环境修复中的应用前景展望381

181黏土矿物对水体污染治理的研究382

1811重金属离子的吸附处理382

1812处理水中的有机污染物383

1813处理水中的离子型化合物383

182大气污染治理383

183放射性污染治理384

184环境替代材料384

185无机抗菌剂384

186节能方面的应用385

187对土壤的修复作用386

参考文献389 2100433B

黏土矿物材料与环境修复

作者：吴平霄 编著

出版日期：2004年8月

书号：7-5025-5643-5

开本：32

装帧：平膜

版次：1版1次

页数：416页

（一）黏土的成因

黏土是由富含长石等铝硅酸盐矿物的岩石经过风化作用或热液蚀变作用而形成的。这类经风化或蚀变作用而生成黏土的岩石统称为黏土的母岩。

母岩经风化作用而形成的黏土产于地表或不太深的风化壳以下；母岩经热液蚀变作用而形成的黏土常产于地壳较深处。

风化作用类型有：1）机械的（物理的）；2）化学的；3）生物的。

热液蚀变型：高温岩浆冷凝结晶后，残余岩浆中含有大量的挥发分及水，温度进一步降低时，水分则以液态存在，但其中溶有大量其它化合物。当这种热液（水）作用于母岩时，会形成黏土矿床，这就称为热液蚀变型黏土矿，如衡阳界牌土。

（二）黏土的分类

1、按成因分类

1）原生黏土：又称一次黏土，残留黏土，是母岩风化崩解在原地残留下来的黏土。特点：颗粒较粗，可塑性较差，耐火度高。

2）次生黏土：又称二次黏土，沉积黏土，是由风化形成的黏土，经雨水河流的冲刷及有时外加风力的作用，迁移至盆地或其他地势较低处沉积下来，而形成黏土层。特点：颗粒较细，可塑性较好，耐火度差 。

2、按可塑性分类

1）高可塑性黏土：软质黏土。其分散度大，多呈疏松状。如粘性土、膨润土、木节土等。

2）低可塑性黏土：硬质黏土。其分散度小，多呈致密块状。如叶蜡石、焦宝石、瓷石等。

3、按耐火度分类

1）耐火黏土：一般耐火黏土的耐火度在1580℃ 以上，较纯，含杂质较少。

2）难熔黏土：其耐火度在1350~1580℃ ，含易熔杂质在10~15%。

3）易熔黏土：其耐火度在1380℃ 以下，含有大量的杂质。

4、按化学组成分类

1）富铝黏土 ；2）贫铝黏土。

（三）黏土的主要矿物类型

黏土矿物主要为高岭石类（包括高岭石、多水高岭石等）、蒙脱石类（包括蒙脱石、叶蜡石等）和伊利石类（也称水云母）等等。

1、高岭石类

因首先在江西景德镇东部的高岭村山头发现，故国际上都把这种制瓷黏土称为高岭(Kaolin)土，其主要矿物成分是高岭石(Kaolinite)和多水高岭石。

属于高岭石类的黏土矿物还有地(迪)开石(Dickite)、珍珠陶土(Nacrite)和多水高岭石(埃洛石Hallysite，又称叙永石，为我国四川叙永县以盛产这种矿物为主的黏土而得名)等。

2、蒙脱石类

概述：蒙脱石（Montmorillonite）也是一种常见的黏土矿物，以蒙脱石为主要组成矿物的黏土称为膨润土（bentonite），一般呈白色、灰白色、粉红色或淡黄色，被杂质污染时呈现其它颜色，其晶粒呈不规则细粒状或鳞片状。

特性：1）吸湿膨胀性：吸水后体积可膨胀20-30倍；2）离子交换性：在水中呈悬浮和凝胶状，具有良好的阳离子交换特性。

3、伊利石类

伊利石是白云母经强烈的化学风化作用而转变为蒙脱石或高岭石过程中的中间产物。

组成成分与白云母相似。

4、水铝英石

是一种非晶质的含水硅酸铝，它的结构可能是由硅氧四面体和金属离子配位八面体任意排列而成，没有任何对称性。

它与其它黏土矿物的区别是它能在盐酸中溶解。而其它结晶质的黏土矿物不溶解于盐酸，但溶解于硫酸。

它在自然界中并不常见，往往少量地包含在其它黏土中。