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二維蒙脫石制備與功能化應(yīng)用 版權(quán)信息
- ISBN：9787030709165
- 條形碼：9787030709165 ; 978-7-03-070916-5
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
二維蒙脫石制備與功能化應(yīng)用 內(nèi)容簡介
本書系統(tǒng)介紹從蒙脫石到二維納米片再到二維蒙脫石功能化應(yīng)用的全過程。全書闡述蒙脫石水化膨脹過程及機理，介紹循環(huán)冷凍-解凍二維蒙脫石制備、二維蒙脫石表面水化膜厚度測量等新方法：梳理二維蒙脫石的形貌特征、表面電動性質(zhì)、穩(wěn)定性及流變性能；闡述蒙脫石納米片功能化設(shè)計及組裝調(diào)控體系，介紹系列基于二維蒙脫石的凝膠吸附劑、相變儲能材料、阻燃材料、環(huán)境催化材料和抑菌材料等優(yōu)選功能材料。本書相關(guān)研究成果可用于實現(xiàn)廉價的蒙脫石向能源、環(huán)境優(yōu)選功能材料的高值化轉(zhuǎn)變，有助于讀者認(rèn)識蒙脫石新的價值屬性，推動我國豐富的蒙脫石資源的高值化利用和行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。 本書可作為高等院校礦物加工工程、礦物學(xué)、材料科學(xué)、環(huán)境科學(xué)等專業(yè)研究工作者、教師和學(xué)生的科研用書，也可作為礦物加工工程、非金屬礦物材料課程的課外教材或黏土礦物材料及非金屬礦相關(guān)行業(yè)技術(shù)人員的培訓(xùn)教材。
二維蒙脫石制備與功能化應(yīng)用 目錄
目錄
第1章 緒論 1
1.1 蒙脫石礦物特征 1
1.1.1 蒙脫石化學(xué)組成 1
1.1.2 蒙脫石晶體結(jié)構(gòu)特征 2
1.2 蒙脫石理化特性 3
1.2.1 穩(wěn)定性 3
1.2.2 負(fù)電性和電荷異性 4
1.2.3 離子交換特性 4
1.2.4 吸附特性 5
1.2.5 分散特性 5
1.2.6 水溶液流變特性 6
1.2.7 吸水膨脹特性 6
1.3 蒙脫石水化膨脹 7
1.3.1 水化膨脹微觀過程 7
1.3.2 層間陽離子影響 10
1.4 蒙脫石功能化應(yīng)用 11
參考文獻(xiàn) 13
第2章 蒙脫石剝離制備二維納米片 16
2.1 剝離方法 16
2.1.1 超聲剝離 17
2.1.2 剪切剝離 20
2.1.3 循環(huán)冷凍-解凍剝離 22
2.2 剝離程度表征 25
2.2.1 Stokes 粒度與光學(xué)粒度 25
2.2.2 濁度法 27
2.2.3 原子力顯微鏡分析 31
2.3 剝離影響因素 33
2.3.1 層間離子種類 33
2.3.2 水化和溶劑化作用 36
參考文獻(xiàn) 39
第3章 蒙脫石納米片特性 41
3.1 蒙脫石納米片形貌特征 41
3.1.1 SEM 分析 41
3.1.2 TEM 分析 42
3.1.3 AFM 分析 42
3.2 蒙脫石納米片表面電動性質(zhì) 43
3.2.1 剝離對表面電動性質(zhì)的影響 43
3.2.2 表面質(zhì)子化 45
3.3 蒙脫石納米片膠體穩(wěn)定性及流變性能 46
3.3.1 膠體穩(wěn)定性 47
3.3.2 流變性能 49
3.4 蒙脫石納米片表面水化膜 49
3.4.1 基于愛因斯坦黏度理論測量蒙脫石納米片表面水化膜厚度 50
3.4.2 基于分子動力學(xué)模擬計算蒙脫石納米片水化膜厚度 53
參考文獻(xiàn) 57
第4章 蒙脫石納米片水凝膠吸附劑 59
4.1 蒙脫石納米片水凝膠吸附劑構(gòu)建及表征 59
4.1.1 蒙脫石納米片/殼聚糖水凝膠 59
4.1.2 TiO2@蒙脫石納米片/聚丙烯酸/殼聚糖三維網(wǎng)狀水凝膠 67
4.1.3 蒙脫石納米片/聚（丙烯酸-co-丙烯酰胺）高性能水凝膠 74
4.2 蒙脫石納米片水凝膠吸附劑性能 78
4.2.1 因素實驗 78
4.2.2 循環(huán)再生性能 82
4.2.3 吸附動力學(xué) 82
4.2.4 吸附等溫線 84
4.2.5 亞甲基藍(lán)吸附機理 85
4.3 蒙脫石納米片/殼聚糖銅離子印跡凝膠球 88
4.3.1 銅離子印跡凝膠制備 88
4.3.2 銅離子印跡凝膠表征 88
4.3.3 銅離子吸附行為 90
4.3.4 銅離子吸附機理 94
4.3.5 選擇性吸附和循環(huán)性能 95
4.4 蒙脫石納米片/聚乙烯醇/海藻酸鈉/殼聚糖凝膠球 97
4.4.1 凝膠球制備 97
4.4.2 凝膠球表征 97
4.4.3 亞甲基藍(lán)吸附行為 98
4.4.4 吸附動力學(xué) 102
4.4.5 吸附等溫線 103
4.4.6 吸附熱力學(xué) 105
4.4.7 亞甲基藍(lán)吸附機理 105
參考文獻(xiàn) 108
第5章 蒙脫石納米片環(huán)境催化材料 112
5.1 蒙脫石納米片/鐵-殼聚糖凝膠 112
5.1.1 蒙脫石納米片/鐵-殼聚糖凝膠制備 112
5.1.2 蒙脫石納米片/鐵-殼聚糖凝膠表征 113
5.1.3 亞甲基藍(lán)吸附降解行為 114
5.1.4 亞甲基藍(lán)吸附和降解機理 117
5.2 卡房結(jié)構(gòu)蒙脫石納米片/二硫化鉬復(fù)合材料 119
5.2.1 卡房結(jié)構(gòu)蒙脫石納米片/二硫化鉬復(fù)合材料制備 119
5.2.2 卡房結(jié)構(gòu)蒙脫石納米片/二硫化鉬復(fù)合材料表征 120
5.2.3 卡房結(jié)構(gòu)蒙脫石納米片/二硫化鉬復(fù)合材料光催化降解性能 122
5.3 蒙脫石納米片/二硫化鉬空心微球 123
5.3.1 分級多孔結(jié)構(gòu)蒙脫石納米片空心微球構(gòu)建及表征 123
5.3.2 蒙脫石納米片/二硫化鉬空心微球制備與表征 124
5.3.3 蒙脫石納米片/二硫化鉬空心微球光催化降解性能 126
參考文獻(xiàn) 127
第6章 蒙脫石納米片基儲熱材料 129
6.1 蒙脫石/水納米流體太陽光熱收集與顯熱儲存 129
6.1.1 MMTNS/H2O 納米流體制備與表征 130
6.1.2 MMTNS/H2O 納米流體穩(wěn)定性與穩(wěn)定機理 131
6.1.3 MMTNS/H2O 納米流體強化傳熱性能 133
6.1.4 MMTNS/H2O 納米流體太陽能收集與利用 135
6.2 蒙脫石納米片/硬脂酸微膠囊相變材料 136
6.2.1 MMTNS/SA 微膠囊復(fù)合相變材料設(shè)計與合成 137
6.2.2 MMTNS/SA 微膠囊復(fù)合相變材料表征與合成機理 137
6.2.3 蒙脫石納米片厚度對復(fù)合相變材料性能的影響 141
6.2.4 MMTNS/SA/AgNP 微膠囊復(fù)合相變材料合成與熱物性能 145
6.3 三維網(wǎng)狀蒙脫石納米片/硬脂酸定形復(fù)合相變材料 151
6.3.1 3D-MMTNS/SA 定形復(fù)合相變材料設(shè)計與合成 151
6.3.2 3D-MMTNS/SA 定形復(fù)合相變材料表征與合成機理 151
6.3.3 3D-MMTNS/SA 定形復(fù)合相變材料熱物性能 153
6.3.4 3D-MMTNS/SA/AgNW 定形復(fù)合相變材料合成與熱物性能 156
參考文獻(xiàn) 160
第7章 蒙脫石納米片/殼聚糖薄膜阻燃材料 162
7.1 層層自組裝制備蒙脫石納米片/殼聚糖薄膜 162
7.2 蒙脫石納米片/殼聚糖薄膜阻燃性能 164
7.2.1 熱穩(wěn)定性 164
7.2.2 阻燃特性 165
7.3 蒙脫石納米片/殼聚糖薄膜阻燃機理 165
參考文獻(xiàn) 168
第8章 MoS2@蒙脫石納米片/聚丙烯酸/聚丙烯酰胺-銅水凝膠抑*材料 169
8.1 MoS2@蒙脫石納米片/聚（丙烯酸-co-丙烯酰胺）水凝膠構(gòu)建 169
8.1.1 水凝膠構(gòu)建機理 169
8.1.2 水凝膠制備 170
8.2 MoS2@蒙脫石納米片/聚（丙烯酸-co-丙烯酰胺）水凝膠表征 171
8.2.1 XRD 分析 171
8.2.2 FTIR 分析 172
8.2.3 形貌分析 173
8.3 Cu(II)吸附性能 174
8.3.1 溶液初始pH 的影響 174
8.3.2 吸附動力學(xué) 175
8.3.3 吸附等溫線 176
8.3.4 吸附機理 177
8.4 MoS2@蒙脫石納米片/聚（丙烯酸-co-丙烯酰胺）水凝膠抑*性能 180
8.4.1 MoS2 含量對抑*性能的影響 180
8.4.2 水凝膠用量對抑*性能的影響 181
8.4.3 抑*機理 182
參考文獻(xiàn) 183
附圖 185
第1章 緒論 1
1.1 蒙脫石礦物特征 1
1.1.1 蒙脫石化學(xué)組成 1
1.1.2 蒙脫石晶體結(jié)構(gòu)特征 2
1.2 蒙脫石理化特性 3
1.2.1 穩(wěn)定性 3
1.2.2 負(fù)電性和電荷異性 4
1.2.3 離子交換特性 4
1.2.4 吸附特性 5
1.2.5 分散特性 5
1.2.6 水溶液流變特性 6
1.2.7 吸水膨脹特性 6
1.3 蒙脫石水化膨脹 7
1.3.1 水化膨脹微觀過程 7
1.3.2 層間陽離子影響 10
1.4 蒙脫石功能化應(yīng)用 11
參考文獻(xiàn) 13
第2章 蒙脫石剝離制備二維納米片 16
2.1 剝離方法 16
2.1.1 超聲剝離 17
2.1.2 剪切剝離 20
2.1.3 循環(huán)冷凍-解凍剝離 22
2.2 剝離程度表征 25
2.2.1 Stokes 粒度與光學(xué)粒度 25
2.2.2 濁度法 27
2.2.3 原子力顯微鏡分析 31
2.3 剝離影響因素 33
2.3.1 層間離子種類 33
2.3.2 水化和溶劑化作用 36
參考文獻(xiàn) 39
第3章 蒙脫石納米片特性 41
3.1 蒙脫石納米片形貌特征 41
3.1.1 SEM 分析 41
3.1.2 TEM 分析 42
3.1.3 AFM 分析 42
3.2 蒙脫石納米片表面電動性質(zhì) 43
3.2.1 剝離對表面電動性質(zhì)的影響 43
3.2.2 表面質(zhì)子化 45
3.3 蒙脫石納米片膠體穩(wěn)定性及流變性能 46
3.3.1 膠體穩(wěn)定性 47
3.3.2 流變性能 49
3.4 蒙脫石納米片表面水化膜 49
3.4.1 基于愛因斯坦黏度理論測量蒙脫石納米片表面水化膜厚度 50
3.4.2 基于分子動力學(xué)模擬計算蒙脫石納米片水化膜厚度 53
參考文獻(xiàn) 57
第4章 蒙脫石納米片水凝膠吸附劑 59
4.1 蒙脫石納米片水凝膠吸附劑構(gòu)建及表征 59
4.1.1 蒙脫石納米片/殼聚糖水凝膠 59
4.1.2 TiO2@蒙脫石納米片/聚丙烯酸/殼聚糖三維網(wǎng)狀水凝膠 67
4.1.3 蒙脫石納米片/聚（丙烯酸-co-丙烯酰胺）高性能水凝膠 74
4.2 蒙脫石納米片水凝膠吸附劑性能 78
4.2.1 因素實驗 78
4.2.2 循環(huán)再生性能 82
4.2.3 吸附動力學(xué) 82
4.2.4 吸附等溫線 84
4.2.5 亞甲基藍(lán)吸附機理 85
4.3 蒙脫石納米片/殼聚糖銅離子印跡凝膠球 88
4.3.1 銅離子印跡凝膠制備 88
4.3.2 銅離子印跡凝膠表征 88
4.3.3 銅離子吸附行為 90
4.3.4 銅離子吸附機理 94
4.3.5 選擇性吸附和循環(huán)性能 95
4.4 蒙脫石納米片/聚乙烯醇/海藻酸鈉/殼聚糖凝膠球 97
4.4.1 凝膠球制備 97
4.4.2 凝膠球表征 97
4.4.3 亞甲基藍(lán)吸附行為 98
4.4.4 吸附動力學(xué) 102
4.4.5 吸附等溫線 103
4.4.6 吸附熱力學(xué) 105
4.4.7 亞甲基藍(lán)吸附機理 105
參考文獻(xiàn) 108
第5章 蒙脫石納米片環(huán)境催化材料 112
5.1 蒙脫石納米片/鐵-殼聚糖凝膠 112
5.1.1 蒙脫石納米片/鐵-殼聚糖凝膠制備 112
5.1.2 蒙脫石納米片/鐵-殼聚糖凝膠表征 113
5.1.3 亞甲基藍(lán)吸附降解行為 114
5.1.4 亞甲基藍(lán)吸附和降解機理 117
5.2 卡房結(jié)構(gòu)蒙脫石納米片/二硫化鉬復(fù)合材料 119
5.2.1 卡房結(jié)構(gòu)蒙脫石納米片/二硫化鉬復(fù)合材料制備 119
5.2.2 卡房結(jié)構(gòu)蒙脫石納米片/二硫化鉬復(fù)合材料表征 120
5.2.3 卡房結(jié)構(gòu)蒙脫石納米片/二硫化鉬復(fù)合材料光催化降解性能 122
5.3 蒙脫石納米片/二硫化鉬空心微球 123
5.3.1 分級多孔結(jié)構(gòu)蒙脫石納米片空心微球構(gòu)建及表征 123
5.3.2 蒙脫石納米片/二硫化鉬空心微球制備與表征 124
5.3.3 蒙脫石納米片/二硫化鉬空心微球光催化降解性能 126
參考文獻(xiàn) 127
第6章 蒙脫石納米片基儲熱材料 129
6.1 蒙脫石/水納米流體太陽光熱收集與顯熱儲存 129
6.1.1 MMTNS/H2O 納米流體制備與表征 130
6.1.2 MMTNS/H2O 納米流體穩(wěn)定性與穩(wěn)定機理 131
6.1.3 MMTNS/H2O 納米流體強化傳熱性能 133
6.1.4 MMTNS/H2O 納米流體太陽能收集與利用 135
6.2 蒙脫石納米片/硬脂酸微膠囊相變材料 136
6.2.1 MMTNS/SA 微膠囊復(fù)合相變材料設(shè)計與合成 137
6.2.2 MMTNS/SA 微膠囊復(fù)合相變材料表征與合成機理 137
6.2.3 蒙脫石納米片厚度對復(fù)合相變材料性能的影響 141
6.2.4 MMTNS/SA/AgNP 微膠囊復(fù)合相變材料合成與熱物性能 145
6.3 三維網(wǎng)狀蒙脫石納米片/硬脂酸定形復(fù)合相變材料 151
6.3.1 3D-MMTNS/SA 定形復(fù)合相變材料設(shè)計與合成 151
6.3.2 3D-MMTNS/SA 定形復(fù)合相變材料表征與合成機理 151
6.3.3 3D-MMTNS/SA 定形復(fù)合相變材料熱物性能 153
6.3.4 3D-MMTNS/SA/AgNW 定形復(fù)合相變材料合成與熱物性能 156
參考文獻(xiàn) 160
第7章 蒙脫石納米片/殼聚糖薄膜阻燃材料 162
7.1 層層自組裝制備蒙脫石納米片/殼聚糖薄膜 162
7.2 蒙脫石納米片/殼聚糖薄膜阻燃性能 164
7.2.1 熱穩(wěn)定性 164
7.2.2 阻燃特性 165
7.3 蒙脫石納米片/殼聚糖薄膜阻燃機理 165
參考文獻(xiàn) 168
第8章 MoS2@蒙脫石納米片/聚丙烯酸/聚丙烯酰胺-銅水凝膠抑*材料 169
8.1 MoS2@蒙脫石納米片/聚（丙烯酸-co-丙烯酰胺）水凝膠構(gòu)建 169
8.1.1 水凝膠構(gòu)建機理 169
8.1.2 水凝膠制備 170
8.2 MoS2@蒙脫石納米片/聚（丙烯酸-co-丙烯酰胺）水凝膠表征 171
8.2.1 XRD 分析 171
8.2.2 FTIR 分析 172
8.2.3 形貌分析 173
8.3 Cu(II)吸附性能 174
8.3.1 溶液初始pH 的影響 174
8.3.2 吸附動力學(xué) 175
8.3.3 吸附等溫線 176
8.3.4 吸附機理 177
8.4 MoS2@蒙脫石納米片/聚（丙烯酸-co-丙烯酰胺）水凝膠抑*性能 180
8.4.1 MoS2 含量對抑*性能的影響 180
8.4.2 水凝膠用量對抑*性能的影響 181
8.4.3 抑*機理 182
參考文獻(xiàn) 183
附圖 185
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二維蒙脫石制備與功能化應(yīng)用 節(jié)選
**章 緒 論 蒙脫石（montmorillonite，MMT）是一種鋁硅酸鹽構(gòu)成的層狀黏土礦物，屬于蒙皂石（smectite ）族礦物，因其*初發(fā)現(xiàn)于法國蒙特莫里。ǚㄎ拿麨镸ontmorillon ，又稱蒙脫石城）而得名。膨潤土和蒙脫石的概念相近，易于混淆，因此在分辨蒙脫石和膨潤土?xí)r經(jīng)常產(chǎn)生分歧。膨潤土與蒙脫石的關(guān)系可以理解為包含與被包含的關(guān)系：膨潤土的主要礦物成分是蒙脫石，但通常含有少量石英、長石、方解石等礦物，而蒙脫石則是一種純度較高的膨潤土，其定義更接近礦物學(xué)中的單體概念。 蒙脫石的成因比較復(fù)雜，包括火山沉積、風(fēng)化殘積和熱液蝕變等。全球膨潤土的總儲量約為70 億t，儲量豐富，主要分布在環(huán)太平洋、印度洋帶及地中海、黑海地區(qū)附近，*著名的膨潤土產(chǎn)地在美國的南達(dá)科他州和懷俄明州，格魯吉亞等區(qū)域。我國膨潤土資源分布可分為5 個礦帶，分別為黑龍江—吉林—遼寧—河北—山西—陜西—四川礦帶、河南—安徽—湖北—湖南礦帶、浙江—江蘇—福建—廣東—廣西礦帶、新疆—甘肅礦帶、西藏—云南—貴州礦帶。我國膨潤土總儲量達(dá)24.6 億t，位居世界**，盡管如此，優(yōu)質(zhì)的鈉基膨潤土資源卻十分有限。 蒙脫石不僅廉價易得，而且由于其具有水化膨脹、黏結(jié)性、分散懸浮性、吸附、陽離子交換等多種特性，在鉆井泥漿、鑄造型砂、環(huán)境治理、醫(yī)藥化妝品制造、畜牧生產(chǎn)、功能材料制備等領(lǐng)域已被廣泛應(yīng)用，成為生產(chǎn)生活中不可或缺的黏土礦物之一。并且隨著黏土剝層等關(guān)鍵技術(shù)的不斷突破，蒙脫石納米片及其復(fù)合材料展現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢，其應(yīng)用潛力巨大，因而蒙脫石納米材料的開發(fā)和應(yīng)用逐漸引起了人們廣泛的關(guān)注。 1.1 蒙脫石礦物特征 天然蒙脫石在顯微鏡下可以觀察到明顯的片狀晶體結(jié)構(gòu)。產(chǎn)出環(huán)境及礦物成因的差別會導(dǎo)致蒙脫石的化學(xué)和結(jié)構(gòu)產(chǎn)生非均質(zhì)性，礦物特征的不同會促使蒙脫石的理化特性發(fā)生變化，并直接影響其在人們生產(chǎn)生活中的功能化應(yīng)用。 1.1.1 蒙脫石化學(xué)組成 蒙脫石是由硅氧四面體和鋁氧八面體構(gòu)成的層狀黏土礦物。當(dāng)不考慮層間陽離子時，其理論化學(xué)組成為66.7% SiO2、28.3% Al2O3 和5% H2O（Bhattacharyya et al.，2008）。蒙脫石的化學(xué)組成會因類質(zhì)同象的影響而發(fā)生改變，但其化學(xué)式大致可以表示為Ex(H2O)4(Al2-x，Mgx)2(Si，Al)O10(OH)2，式中E 代表層間可交換陽離子。從上述化學(xué)式中可以觀察到，四面體中Al3+取代了Si4+，八面體中Mg2+取代了Al3+，而在實際環(huán)境中，F(xiàn)e2+、Fe3+、Zn2+、Mn2+等離子同樣會參與取代過程。這種陽離子置換過程是蒙脫石*基本的，也是*重要的行為，決定著蒙脫石各項理化特性。置換離子、置換比例及置換位置的不同不僅形成了一系列的亞族礦物，同時也成為蒙脫石片層永久荷負(fù)電的根本原因。為了平衡層間負(fù)電荷，單元層之間通常會吸附一定數(shù)量的可交換陽離子？山粨Q陽離子的種類以Na+和Ca2+*為常見，但K+和Li+等也可替換層間已有的陽離子；交換陽離子的數(shù)量則與蒙脫石負(fù)電性有關(guān)。蒙脫石層間陽離子的種類會影響其各項理化性能，因而成為一種常見的蒙脫石分類標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)層間可交換陽離子的堿性系數(shù)[(E Na++ EK+ ) / (E Ca 2++EMg 2+)] ，常見蒙脫石類型為鈉基蒙脫石（堿性系數(shù)≥1）和鈣基蒙脫石（堿性系數(shù) <1）。 1.1.2 蒙脫石晶體結(jié)構(gòu)特征 蒙脫石屬于單斜晶系C2/m 空間群，是典型的2∶1 型黏土，為TOT 型結(jié)構(gòu)。如圖1.1（Zhu et al.，2019 ）所示，其單元層結(jié)構(gòu)厚度約為1 nm ，是由兩個Si—O 四面體夾一個Al(Mg)—O 八面體構(gòu)成的單元層堆疊而成，相鄰的層主要通過范德瓦耳斯力和靜電引力結(jié)合在一起；Si—O 四面體則是通過共用頂點氧的形式連接成六芳環(huán)網(wǎng)格的硅氧片。四面體和八面體中的陽離子會被其他元素離子取代，但整個晶體結(jié)構(gòu)并不發(fā)生明顯改變。蒙脫石礦物的單元層間稱為“層間”或“層間域”。一個“單位構(gòu)造”則是由一個結(jié)構(gòu)單元和一個層間域組成，其高度被稱為“單位構(gòu)造高度”或“層間距”。通常蒙脫石層間距會受層間陽離子的種類、數(shù)量及水分子的比例影響，所以層間距會因產(chǎn)地而異，但一般都在1.2～1.6 nm 。此外，相鄰層之間的作用力也會因?qū)娱g距的改變而發(fā)生變化， 圖1.1 蒙脫石結(jié)構(gòu)示意圖（后附彩圖） 因此，通過適當(dāng)?shù)姆绞綄γ擅撌M(jìn)行改性，并通過物理和化學(xué)手段則可以克服范德瓦耳斯力和靜電力的作用，使蒙脫石顆粒剝離成納米片層。一般而言，這種納米片的比表面積較大，可在阻燃材料、吸附材料等特定領(lǐng)域中發(fā)揮更加優(yōu)異的效果。 1.2 蒙脫石理化特性 蒙脫石因其礦物特征而表現(xiàn)出許多特殊的功能價值，素有“萬能黏土礦物”之稱。各行業(yè)使用蒙脫石時主要利用其理化特性，例如：鉆井工程中應(yīng)用蒙脫石使泥漿具備潤滑、冷卻、護(hù)壁等功能來提高鉆井效率，主要是利用蒙脫石的造漿、分散和吸附等特性；醫(yī)藥中應(yīng)用蒙脫石治療腹瀉等腸胃疾病，是利用蒙脫石的離子交換性能、表面負(fù)電性和吸附特性；環(huán)保領(lǐng)域應(yīng)用蒙脫石處理有機、無機廢水，則是利用蒙脫石的離子交換和吸附等特性。由此可見，蒙脫石功能優(yōu)異且應(yīng)用廣泛，在開發(fā)和利用蒙脫石的過程中，理解并掌握蒙脫石的各項理化特性十分必要。本節(jié)將對蒙脫石穩(wěn)定性、負(fù)電性和電荷異性、離子交換特性、吸附特性、分散特性、吸水膨脹特性及其水溶液流變特性等主要的基本理化特性進(jìn)行概述。 1.2.1 穩(wěn)定性 1. 化學(xué)穩(wěn)定性 通常情況下，蒙脫石能夠在酸性環(huán)境中被侵蝕，并溶出其中的堿金屬、堿土金屬、鐵及鋁；在堿性環(huán)境中則被侵蝕溶出結(jié)構(gòu)中的SiO2。由于蒙脫石結(jié)構(gòu)元素的溶出會破壞其基本單元層，侵蝕過程會打開蒙脫石的結(jié)構(gòu)邊緣，甚至還可能導(dǎo)致蒙脫石結(jié)晶度降低，這種現(xiàn)象多因環(huán)境酸堿度和侵蝕時間的差異而不同（Espa.a et al.，2019；Krupskaya et al.，2019）。在酸環(huán)境中，蒙脫石礦物的堿金屬和堿土金屬通常*容易溶出，其次是鐵，*后是鋁。因而，當(dāng)蒙脫石中的鋁大量溶出便暗示了其結(jié)構(gòu)的解離，會伴隨出現(xiàn)晶格破壞的現(xiàn)象。 此外，蒙脫石礦物也會因電滲析而分解。H+在置換蒙脫石中可交換陽離子的過程中，八面體結(jié)構(gòu)的陽離子也可能發(fā)生遷移而轉(zhuǎn)變?yōu)榭山粨Q陽離子。富鐵和富鎂的蒙脫石都會不同程度地出現(xiàn)這種現(xiàn)象，*終由于鐵和鎂的移除，黏土的結(jié)構(gòu)破壞分解。 2. 熱穩(wěn)定性 蒙脫石的結(jié)構(gòu)和組成會因環(huán)境溫度的不同而發(fā)生改變，這主要是因為在關(guān)鍵位點的吸附水和結(jié)晶水會發(fā)生脫水、脫羥基作用（Attar et al.，2018）。因此，蒙脫石的層間距會發(fā)生變化，甚至結(jié)構(gòu)八面體中的陽離子發(fā)生遷移，導(dǎo)致結(jié)晶度降低（Zhou et al.，2018）。 蒙脫石從200 ℃加熱到700 ℃的過程中會表現(xiàn)出緩慢膨脹，當(dāng)繼續(xù)加熱時膨脹會短暫劇烈，而后急劇收縮。加熱溫度過高會導(dǎo)致蒙脫石熔化，熔點溫度與蒙脫石的成分有直接關(guān)系。通常富鐵的蒙脫石在1000 ℃以下便能熔化，而貧鐵蒙脫石的熔點會不同程度升高。 1.2.2 負(fù)電性和電荷異性 蒙脫石電荷的性質(zhì)與礦物晶體結(jié)構(gòu)特征息息相關(guān)，大致可以分為三個方面。 晶格中陽離子置換是蒙脫石表面荷負(fù)電的主要原因。當(dāng)?shù)蛢r陽離子取代晶格中的高價Al 或Si 時，結(jié)構(gòu)單元層便會出現(xiàn)多余的負(fù)電，在晶胞的累積疊加中*終表現(xiàn)為晶片荷負(fù)電。以化學(xué)式為(Si8)(Al3.4Mg0.6)O20(OH)4 的蒙脫石為例，由于八面體中Mg2+取代了Al3+ ，蒙脫石單位晶胞的凈層電荷為[8(+4)]+[3.4(+3)]+[0.6(+2)]+ [20(.2)]+[4(.1)]= .0.6。 端面斷鍵也是蒙脫石荷負(fù)電不可忽視的原因。蒙脫石端面會暴露Al—O 八面體，因而存在大量的Al—O 鍵或Al—OH 鍵。這些化學(xué)鍵會在水介質(zhì)中因環(huán)境的改變而發(fā)生質(zhì)子化和去質(zhì)子化作用，從而表現(xiàn)出差異性的電荷分布特性。在酸性介質(zhì)中，Al—O 發(fā)生質(zhì)子化過程會使蒙脫石端面荷正電；而在堿性介質(zhì)中Al—OH 發(fā)生去質(zhì)子化而使端面荷負(fù)電。而通常情況下蒙脫石層面荷負(fù)電，這也是蒙脫石具有各向異性的原因。此外，蒙脫石端面八面體可能分離出Al3+和OH./AlO3-，因而使蒙脫石的端面荷電。這種荷電方式主要受環(huán)境pH 的影響。在酸性環(huán)境中主要3發(fā)生OH./AlO33 -的解，使蒙脫石端面荷正電；而在堿性環(huán)境中主要發(fā)生Al3+的離解，端面荷負(fù)電；等電點大約為9.1 。 盡管蒙脫石具有各向異性，但與蒙脫石總表面積相比，端面面積幾乎可以忽略，因而端面荷電對整體荷電并不會影響太多。但是隨著黏土礦物材料科學(xué)研究與應(yīng)用的深入，端面荷電在蒙脫石功能化改性中也起到了重要作用，是一項不可忽視的性質(zhì)，例如有研究就利用端面鋁羥基與殼聚糖鏈上的氨基相結(jié)合，制備出吸附性能優(yōu)異的蒙脫石水凝膠（Kang et al.，2018）。 1.2.3 離子交換特性 蒙脫石礦物層間的陽離子能夠與溶液環(huán)境中的其他陽離子（Ca2+、Mg2+、Na+、K+、有機陽離子等）進(jìn)行當(dāng)量交換，因而具有離子交換的特性。層間陽離子常常可以影響蒙脫石的各項物理化學(xué)性質(zhì)，決定其應(yīng)用價值，因而陽離子交換屬性是蒙脫石礦物*重要的特性之一。 如鈣基蒙脫石（Ca-MMT）鈉化的陽離子交換過程可以表示為 Ca-MMT+2Na+ ZZX（1.1） 陽離子交換過程是可逆的，因而離子交換動力會受到多種因素影響。一般而言，常見陽離子的交換能力遵循Li+ 蒙脫石離子交換性能還以陽離子交換量（cation exchange capacity，CEC）為依據(jù)，即在中性條件下100 g 蒙脫石吸附K+、Mg2+、Ca2+等離子的總量。CEC 越大，暗示蒙脫石荷電量越多。蒙脫石的CEC 可以通過多種方法獲得，以《膨潤土試驗方法》（JC/T 593—1995 ）中描述的測試方法為例，其主要原理及過程為：①使用含有指示陽離子NH+ 的提取劑將干燥的蒙脫石樣品轉(zhuǎn)變?yōu)殇@基土；②將銨基土和提取液固液分離后，提取4液中的K+、Na+、Ca2+、Mg2+等離子的量即為相應(yīng)的可交換陽離子總量，其單為g/100 g 。 1.2.4 吸附特性 蒙脫石的吸附特性已經(jīng)被廣泛認(rèn)知，由于吸附效果良好，其在醫(yī)藥、環(huán)保等諸多領(lǐng)域得到應(yīng)用。蒙脫石的吸附可以分為離子交換吸附、物理吸附和化學(xué)吸附三種。離子交換吸附利用了蒙脫石層間可交換陽離子的特性，當(dāng)溶液中存在有機或無機陽離子時，可以實現(xiàn)等電量的離子交換完成吸附。離子交換吸附過程是一個可逆的過程，因而在合適的條件下，已吸附的吸附質(zhì)可以重新脫附。 物理吸附是由范德瓦耳斯力提供，即依靠吸附劑與吸附質(zhì)之間的分子間作用力，這一過程是可逆的。蒙脫石具有發(fā)達(dá)的孔隙和大的比表面積，能夠通過物理吸附的形式將吸附質(zhì)固定。通常增加蒙脫石礦物的孔隙度和比表面積，可以有效地提高蒙脫石的吸附能力。 化學(xué)吸附主要依靠吸附劑與吸附質(zhì)之間的化學(xué)鍵作用力，此過程一般不可逆。蒙脫石的化學(xué)吸附與端面裸露的Al 等金屬原子有關(guān)，例如在鈣基蒙脫石吸附油酸鈉的研究中發(fā)現(xiàn)，溶液中的油酸根離子可能與裸露的Al 原子結(jié)合從而形成穩(wěn)固的化學(xué)鍵（Ren et al.，2015）？傮w而言，盡管蒙脫石吸附的機理比較多樣，但在實際過程中離子交換吸附和物理吸附仍起到
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