常见的粘土矿物质有，黏土矿物——天生的吸附材料

黏土矿物的吸附性是指黏土矿物截留或吸附固体、气体、液体及溶于液体中物质的能力。吸附性是黏土矿物的重要特性之一。

1、黏土矿物为什么具有吸附性？

黏土矿物的吸附性按照引起吸附的原因不同可以分为三类：物理吸附、化学吸附和离子交换吸附。

（1）物理吸附

物理吸附是指吸附剂与吸附质之间是由于分子间引力作用而产生的吸附，由氢键所产生的吸附也属物理吸附。物理吸附是可逆的，在吸附发生一定时间之后，其吸附速度和解吸速度在一定温度、浓度条件下呈动态平衡状态。

黏土矿物产生物理吸附的原因是它具有很大的比表面积，因此吸附能力很强。

（2）化学吸附

化学吸附是指由吸附剂与吸附质之间的化学键力作用而产生的吸附。阴离子聚合物可以靠化学键吸附在黏土矿物表面上，吸附的方式有以下两种情况：

黏土矿物晶体边缘带正电荷，阴离子基团可以靠静电引力吸附在黏土矿物的边面上；

介质中有中性电解质存在时，无机阳离子可以在黏土矿物与阴离子型聚合物之间起“桥接”作用，使高聚物吸附在黏土矿物的表面上。

（3）离子交换吸附

黏土矿物通常带有不饱和电荷，根据电中性原理，必然有等量的异号离子吸附在黏土矿物表面上以达到电性平衡。这种吸附在黏土矿物表面上的离子可以和溶液中的同号离子产生交换作用，这种作用即为离子交换吸附。

最常见的交换阳离子有Ca2+、Mg2+、H+、K+、NH4+、Na+、Al3+及阴离子SO42-、Cl-、PO32-和NO3-等。

根据交换离子的电性不同，离子交换吸附又分为：阳离子交换吸附和阴离子交换吸附。

A：阳离子交换吸附

阳离子交换容量是指每100g黏土矿物在一定的pH值条件下能够吸附交换的阳离子数量，它是黏土矿物负电荷数量的量度。通常是指在pH值为7的条件下，黏土矿物所能交换下来的阳离子总量。阳离子交换容量（CEC）的单位为mmol/100g，即每100g干样品所交换下来的阳离子毫摩尔数。

黏土矿物负电荷主要由两方面的原因引起：一是结构中的类质同象代替；二是边缘和外表面的破键。前者与pH值无关，后者与pH值有关。黏土矿物一般都带有净负电荷。

黏土矿物的种类不同，其阳离子交换容量也有很大差别。对于蒙脱石、伊利石、蛭石等矿物阳离子交换容量的80%以上是分布在层面上（其负电荷主要是源于边缘羟基键的水解）。

黏土矿物的阳离子交换容量及吸附的阳离子种类对黏土矿物的胶体活性影响很大。如蒙脱石的阳离子交换容量很大，膨胀性也大，在低浓度下就可以形成稠的悬浮体，尤其是钠蒙脱石，水的膨胀性更强；而高岭石的阳离子交换容量低，其惰性就强。

影响黏土矿物阳离子交换容量大小的因素主要有三个方面：

一是黏土矿物类型。

二是黏土矿物的颗粒分散度，同种黏土矿物的阳离子交换容量随其分散度（比表面积）的增加而增大。

三是溶液的酸碱性，一般溶液为碱性时阳离子交换容量大，这是因为铝氧八面体中的Al-OH键是两性的，在酸性环境中，氢氧根易电离，结果使黏土矿物表面带正电荷；在碱性条件下，氢易电离，从而使黏土矿物表面带负电荷，此外，溶液中的氢氧根增多，它可以靠氢键吸附在黏土矿物的表面上，使表面负电荷增多。

阳离子交换吸附有如下特点：

一是等电量交换，即由黏土矿物表面交换出来的阳离子与被黏土矿物吸附的阳离子的电量是相等的。

二是阳离子交换吸附是可逆的，吸附和解吸受离子浓度的影响。如在钻井中，钠蒙脱石泥浆遇到钙时，Ca2+便与Na+产生交换形成钙蒙脱石，并使泥浆性能变坏。这时可加入纯碱，即增加泥浆中的Na+，同时，Ca2+与C碳一作用生成碳酸钙

沉淀，大大降低了Caz+的浓度，此时，Na+又可将CO32-交换回来，从而改善泥浆性能。

阳离子交换吸附的规律是:一般情况下，离子浓度相差不大时，离子的电价越高，与黏土矿物表面的吸附力越强；反之，如果已经吸附到黏土矿物表面上，则价数越高的离子，越难从黏土矿物表面上被交换下来。而价数相同的离子在溶液中的浓度相近时，离子半径小的，水化半径大的，吸附力弱；反之，离子半径大的，水化半径小的，吸附力强。离子浓度对吸附的影响符合质量作用定律，即离子交换是受每一相中的不同离子的相对浓度制约的。

B：阴离子交换吸附

阴离子吸附能力的大小用阴离子交换容量来表示。定义为每100g黏土矿物所能吸附的阴离子数量，单位为mmol/100g。阴离子交换容量可以看成是黏土矿物表面正电荷的量度。

阴离子交换吸附也具有等电量交换的特点，其规律主要有：

与表面羟基结合的Al3+、Fe3+等将吸附阴离子；

阴离子吸附受溶液的pH值影响，低pH值时有最大的吸附量；

阴离子吸附性的大小顺序为PO43-＞AsO43-＞SeO42-＞MO42-＞SiO42-=F-＞Cl-＞NO3-；

其他阴离子存在时，将引起吸附位置的竞争，有时像Ca2+、Al3+这样的一些阳离子存在可以导致不溶物形成。

常见的黏土矿物如蛭石、伊利石、绿泥石、高岭石和蒙脱石等阴离子交换容量为4mmol/100g、4-17mmo1/100g、5-20mmol/100g、7-20mmol/100g和20-30mmol/100g。

2、黏土矿物吸附性表征方式

吸蓝量和脱色力可表征黏土矿物吸附性的大小，它们是黏土矿物性质的重要技术指标。

吸蓝量是指每100g黏土矿物所能吸附甲基蓝的量（以mmol表示）。

脱色力T是指相同条件下，黏土矿物试样与标样的脱色效果相同时，标样用量W1与试样用量W2之比与标样脱色力T标的乘积。即：

T=T标（W1/W2）

来源：黄万抚.矿物材料及其加工工艺[M].冶金工业出版社,2012.

黏土矿物通常由硅氧四面体片和铝氧八面体片以不同比例通过共用氧连接起来的层状结构，具有比表面积大、阳离子交换能力强、能够对重金属及有机质吸附等特性，是理想的污染物吸附材料。

1、膨润土

膨润土是一种以蒙脱石为主要成分的含水层状硅酸盐矿物，天然膨润土具有较大的比表面积，其自身具有较强的膨胀性和吸附能力，作为一种吸附材料，在我国有着丰富的储量，具有价格低廉、性质稳定的特点。近几年，许多学者对膨润土进行改性，提高其吸附净化能力，为未来制备新型的污水处理材料奠定了坚实的研究基础。

2、高岭土

作为自然环境中最重要的黏土矿物之一，高岭土在固定和延缓污染转移中起着关键作用，高岭土具有一定的比表面积和吸附性能，经改性处理后，内部孔道有所改善，可呈现出选择吸附性能，在废水处理、重金属吸附、燃煤处理、光催化等环境保护治理方面均有良好的应用前景。

3、凹凸棒石

凹凸棒石是一种以纤维矿物的形式存在的水合镁铝硅酸盐，具有独特的层链状晶体结构，纤维细长，多孔，表面积较大，具有良好的吸附性能。并且，凹凸棒石所含的Si4+被Al3+置换，出现的剩余负电荷使其能从水溶液中吸附重金属离子和放射性核素。天然存在的凹凸棒黏土通过活化或者改性处理，赋以复合材料独特性能，能够广泛应用于环境废水处理。

4、埃洛石

埃洛石属单斜体晶系的含水层状硅酸盐黏土矿物，埃洛石纳米管因具有储量丰富、价格低廉、材料来源广等优点，常被用作良好的吸附材料。埃洛石表面含有丰富的羟基官能团，因此，在埃洛石表面引入一些有机官能团或大分子链可改善埃洛石的表面性质。

5、伊利石

伊利石是一种稳定、高承载能力、低成本的黏土矿物，是一种较好的吸附剂，可去除溶液中重金属；同时伊利石也是一种有用的载体材料，可以减少聚集效应，提高其活性和承载能力，是一种高效、优良的吸附材料。

来源：朱益萍,王学刚,聂世勇,等.黏土矿物材料在含铀废水处理中的应用研究进展[J].水处理技术,2019,45(07):13-17+29.