改性蒙脱土及其复合材料的应用

改性蒙脱土及其复合材料的应用作者：严俊陈志燕周芸韦入丹唐桂芳王萍娟陈瑶黄世杰来源：《当代化工》2020年第07期Study on the Application of Modified Montmorilloniteand Its Composite MaterialsYAN Jun， CHEN Zhi-yan， ZHOU Yun， WEI Ru-dan， TANG Gui-fang，WANG Ping-juan， CHEN Yao， HUANG Shi-jie（China Tobacco Guangxi Industrial Co.， Ltd.， Nanning Guangxi 530001， China）Abstract： Montmorillonite is a kind of material with excellent properties， and it is a research hot spot in the field of materials and has a wide application prospect. In this paper， the application of montmorillonite in cigarette， soil， medicine，photocatalyst，asphalt，wood adhesive，wastewater treatment， packaging film， solid-phase extraction， intumescent flame retardant，toughening and curing and formaldehyde adsorption fields was reviewed， which could provide a theoretical basis for the further study of montmorillonite， in order to expand its application in more research fields in the future.Key words： Montmorillonite; Modification; Application research蒙脱石是一种层状的硅酸盐矿物结构的物质，具有大的比表面积和长径比，通过插层或剥离处理，可获得不同性能的蒙脱石材料。

蒙脱石晶体的化学式为：（M+x+y∙n H2O）（R3+2-R2+y）[（Si4-x Al x）O10]（OH）2，M+代表层间的各种阳离子，其阳离子与水分子形成水合阳离y子，其在各种介质中可进行阳离子交换，因此蒙脱石阳离子的置换能力很强[1]，如图1所示。

蒙脱土资源丰富、价格低廉，改性处理方法简单，且处理后材料性能得到较大改善，具有良好的应用前景，因此受到各个研究领域的广泛关注[2-5]。

本文综述了蒙脱土在卷烟加香减害、土壤、医药、光催化剂、沥青、木材胶黏剂、处理废水、包装膜、固相萃取、膨胀阻燃、增韧和固化及吸附甲醛等领域的应用研究，为蒙脱土材料的深入研究提供理论依据，以期拓展应用到更多的领域。

2 蒙脱土在各个领域的应用研究孔浩辉等[6]采用改性蒙脱土材料吸附薄荷醇，并添加到滤嘴中，与常用的溶剂喷洒法、胶囊法以及香线法三种方法添加薄荷醇到滤嘴中进行了对比，发现对香味的保留能力明显优于利用溶剂喷洒以及香线两种方法添加薄荷醇;且在薄荷醇释放的过程中，在经过改性得到的蒙脱土材料中没有检测到氨的迁移，并且对于经过裂解过程后的释放物进行分析，也没有检出有害成分;薄荷醇的释放效果优于其他三种方法制备的薄荷卷烟。

何沛[7-8]等采用氧化铁以及羟基铁对蒙脱石材料进行插层改性处理，将其改性材料添加到滤嘴中，发现该滤嘴添加剂可使烟气中的有害成分氨降低了25%，有害成分苯并[a]芘降低了20%以上;而用亚铁离子改性的蒙脱石滤嘴，则能同时提高对氨和一氧化碳的吸附，并对苯并[a]芘具有显著的选择性吸附。

王昆淼等[9]经过研制的羟基铝或/和羟基铝铁改性蒙脱石材料，对烟气有害成分氨气的降低有一定的帮助，同时还具有选择性地降低烟气中的苯并[a]芘的功能。

戴亚[10]等采用金属柱撑改性蒙脱石包覆介孔硅的方式，得到一种复合添加剂材料。

在滤嘴添加量为5 mg/支时，其对卷烟烟气中的NNK和苯酚具有明显的降低效果。

其中，尤以铁铝共柱撑的蒙脱石/介孔硅复合材料对NNK和苯酚的降低率达到最高，分别为17.7%和23.8%。

耿俊[11]利用六水合三氯化铝作为改性剂，对蒙脱石（二者比例5 mmol·g-1为最佳）进行柱撑改性，然后进行高温煅烧（400 ℃最佳温度），得到了性能最优的铝柱撑蒙脱石。

相比较天然蒙脱石的吸附性能，铝柱撑蒙脱石更具有优势性能，并且铝柱撑蒙脱石对卷烟烟气总粒相物及对苯并[a]芘的吸附能力大小与其比表面积大小成正比例关系。

刘志华等[12]利用氧化铝以及其中间产物羟基铝作为改性剂，对蒙脱石材料进行柱撑改性。

将经过两种铝柱撑的蒙脱石材料添加卷烟中，均能减少卷烟烟气中苯酚、氰化氢等有害物质的含量，羟基铝柱撑蒙脱石还能明显提高烟气中的水分（增加幅度达45%），有望成为品质优良的既具有保水性能，又不失吸附功能的滤嘴添加吸附材料。

刘春波等[13]开发了一种十六烷基甲基溴化铵-铁交联改性的蒙脱石材料，作为添加剂添加到滤嘴中，发现该添加剂对卷烟烟气中的粒相物、苯并[a]芘和焦油等成分有较强的吸附性能，降低率分别为23.7%、24.1%和33.0%;采用聚醚胺D2000-铁交联改性的蒙脱石滤嘴添加剂也表现出了相类似的吸附性能[14]。

申钦鹏[15]等通过熏蒸离子交换的方式，采用醋酸铁作为交联改性剂，对蒙脱石材料进行改性处理，制备得到的改性材料作为添加剂添加到滤嘴中，发现总粒相物、苯并[a] 芘和焦油值均有较为显著的降低效果。

韩怡新等[16]利用3-巯丙基三甲氧基硅烷以及壳聚糖两种改性剂，对蒙脱土材料进行改性，根据XRD方法分析改性后的蒙脱土，发现巯基以及壳聚糖均可以成功负载到蒙脱土上。

室内模拟试验发现，在被甲基汞污染的稻田土壤中添加蒙脱土改性材料后，不论干旱条件还是水淹条件，都对土壤中的甲基汞产生了较为明显的阻控修复效果。

蒋婷婷等[17]采用十六烷基三甲基溴化铵作为改性剂，对原材料钠基蒙脱土进行改性，通过一系列试验制备得到了经过改性的有机蒙脱土材料，对其进行土壤中六价铬污染的稳定化处理分析探讨研究。

经过阳离子交换量、红外光谱、XRD等分析表征，结果发现，随着十六烷基三甲基溴化铵添加量的逐渐增加，蒙脱土层间距变大，层间距增加了0.88 nm，改性材料的表面粗糙度显著下降，比表面积降低了38.49 m2·g-1，可交换的阳离子数量明显下降，下降值达到了52.1 cmol·kg-1，且表面电性显著升高。

毒性浸出试验结果发现，土壤中初始六价铬浓度大小、蒙脱土的添加量多少、养护时间长短和十六烷基三甲基溴化铵的添加量多少直接影响改性材料的性能。

随着改性剂十六烷基三甲基溴化铵添加量的不断增大，经过改性的蒙脱土对铬离子的物理吸附能力减弱，但是与污染物的静电作用力增大，静电吸附作用越大，改性蒙脱土材料对土壤六价铬的稳定化性能越好，蒙脱土被改性剂十六烷基三甲基溴化铵经过改性的结构性质变化示意图如图2[17]。

张颖莉[18]预先制备出三种金属柱化剂，并与蒙脱土悬浮液均匀混合，经过一系列实验处理，制备得到了无机柱撑蒙脱土。

探讨了蒙脱土材料添加量的多少对呕吐毒素吸附的影响，分析结果发现随着无机柱撑改性蒙脱土添加量的增加，对呕吐毒素的吸附率也不断增大，当添加量达到2.0 mg时，吸附率达到稳定状态，也达到了最大值。

对其进行呕吐毒素的解吸附试验研究发现，无机柱撑蒙脱土对呕吐毒素的吸附比较稳定。

王桂芳等[19]从化学结构的层面分析了蒙脱石对细菌、病毒及其产生的毒素的吸附机理，以及在治疗胃炎、肠道感染和腹泻等疾病中的药理作用，同时，经过对几种蒙脱石制剂（如散剂、颗粒剂、凝胶剂和混懸剂）的优缺点进行对比分析，提出了临床使用蒙脱石时应注意的几个问题，如：纠正脱水、同时服用时对其他药物药效的削弱作用。

侯铁军等[20]将纳米蒙脱土与SBS进行复合，对沥青进行改性处理，采用正交试验方法对其制备工艺条件进行了分析研究，研究了5个因素（剪切的温度、SBS和蒙脱土的添加量、剪切速率及时间）对改性沥青性能的影响，分析结果发现：SBS添加量、剪切温度、蒙脱土的添加量依次对改性沥青性能有显著影响，因此在制备过程中重点控制这三个因素。

张帅等[21]阐述了蒙脱土的层状结构、吸附与负载特性，认为蒙脱土能够和沥青形成插层、剥离的特殊结构，从而可以明显改善沥青的高温性能以及抗老化性能，还总结了蒙脱石的多种制备方法，并分析了蒙脱土改性沥青的作用机理。

毛晓明等[22]通过化学沉淀并利用超声辅助的方法合成了氯氧铋与蒙脱土经过复合的光催化剂。

研究结果发现催化剂呈微球状，且随着蒙脱土添加量的增加，向纳米片层结构渐变，但光催化剂的带隙能没有发生明显改变，均有明显的光催化活性存在。

蒙脱土添加的复合质量分数达到15%时，光催化剂表现出最优的吸附性能和明显的光催化反应活性，且表现出很好的化学稳定性，可有效降解对氨基苯甲酸、8-羟基喹啉以及邻苯二酚三种物质。

肖运彬等[23]将有机蒙脱土采用包覆的形式添加到水性环氧树脂中，对环氧树脂进行改性，当纳米蒙脱土质量分数达到6%时，复合改性的胶黏剂性能达到最佳，干湿剪切强度得到明显提高，玻璃化转变温度可以达到95.1 ℃，这对于胶黏剂在潮湿的环境中使用有极其重要的意义。

张彩宁等[24]利用明胶以及蒙脱土两种材料作为原料，采用交联剂戊二醛，通过溶液插层的制备方法，获得明胶与蒙脱土经过复合的材料，探讨了初始染料所使用的浓度、离子的强度、吸附的时间和用量以及pH值对明胶/蒙脱土复合材料吸附染料中酸性红18的影响。

研究结果发现，明胶/蒙脱土复合材料对酸性红18的吸附性能非常好，吸附量能够达到557.21 mg·g-1。

明胶/蒙脱土复合材料对酸性红18的吸附量与吸附的时间以及染料初始浓度成正比例变化，并最后保持稳定不变;与吸附剂的用量、pH值和离子强度的大小成反比例关系。

王佳员等[25]利用纤维素作为原料，采用自由基聚合制备方法，得到了一种新型复合材料--镁改性蒙脱土/纤维素复合凝胶。

表征结果发现，这种改性复合凝胶特别有利于形成孔洞状结构，孔径变的更大，孔壁变得更薄，很明显的提升了改性复合凝胶的吸附能力。

热重分析结果发现，添加了镁改性蒙脱土后，复合水凝胶的热稳定性得到了明显提升。

多次吸附实验发现，pH值和温度是改性复合凝胶对磷酸盐的吸附的两个重要影响因素，又经过三轮吸附-脱附循环实验，发现此复合凝胶仍具有很好的重复利用性能，说明蒙脱土复合材料在污水除磷方面有着重要的意义。