柱撑蒙脱石的制备改性及其对重金属离子的吸附研究(2)
图1-1蒙脱石晶体结构单元示意图
图1-2蒙脱石硅氧四面体与硅氧八面体示意图
在蒙脱石中，同一晶层之内的原子之间的连接方式以共价键连接为主，原子之间的共价键键长较短，较为牢固，所以层内不容易发生滑动位移；而蒙脱石的晶层之间，层与层间没有共用的氧或者羟基，相邻分子之间则以范德华力连接为主，因为范德华力比较弱，所以晶层之间比较容易插入交换性金属阳离子或者水分子等，插入的物质也有利于晶层与晶层之间的连接。蒙脱石的层状结构以及蒙脱石层间域具有较大的可接触内表面积，这就使得蒙脱石具有层间吸附、层间交换、层间催化、层间柱撑等特性，这些特性为蒙脱石在环境污染物吸附处理等方面的应用奠定了基础[4-5]。
1.2 柱撑蒙脱石概述
1.2.1 柱撑作用
柱撑作用(pillared interaction)是指某些物质通过化学引入，进入了具有层状结构的固体物质层间，并在热作用条件下形成具有稳定空间体积的层间填充[6]。在蒙脱土加工处理领域中，最开始的柱撑概念包括两部分，分别为插层作用(intercalation) 过程与脱羟成柱（deshydroxy)过程[7-8]，这两部分是连续不可分割的。通过柱撑可以改变蒙脱石的结构，增大层间距。阳离子柱撑前后的钠基蒙脱石的结构如图1-3，图1-4所示。
图1-3阳离子柱撑前钠基蒙脱石模型 图1-4阳离子柱撑后钠基蒙脱石模型
1.2.2 蒙脱石的柱撑类型
柱撑黏土(Pillared Interlayered Clays，PILCs)又称层柱黏土、撑柱黏土、交联黏土等，是黏土矿物层间域中的可交换离子部分或全部被一些特定离子或特定离子团所替代并固定在黏土层间域的一类新型材料。根据进入层间域的柱撑剂的性质，通常可以将其大致分为无机柱撑改性蒙脱石、有机柱撑改性蒙脱石和无机－有机复合型柱撑改性蒙脱石[9]等。
㈠有机柱撑改性蒙脱石
由于蒙脱石具有阳离子交换的特性，我们可以用一端亲水、另一端亲油的阳离子表面活性剂与蒙脱石进行阳离子交换(一般所用的阳离子表面活性剂为有机季胺盐)，就可以得到有机柱撑改性蒙脱石[10-11]。
㈡无机改性蒙脱石
利用蒙脱石可进行阳离子交换的特点，可以通过交换，将蒙脱石层间的钙离子、镁离子、钠离子等进行替换[12]。根据与之进行交换的元素种类，可以制备钛柱撑黏土(Ti-PILC)、硅柱撑黏土(Si-PILC)和铝柱撑黏土(A1-PILC)等。另外常见的还有用镓、锆、铁等无机金属元素对蒙脱石进行改性。
㈢复合型柱撑改性蒙脱石
复合型柱撑改性蒙脱石是指至少使两种有机柱撑剂或无机柱撑剂共同进入蒙脱石的内部层间域，当然也可以是一种无机柱撑剂和一种有机柱撑剂共同进入蒙脱石的内部层间域，共同作为改性剂并表现出协同作用而制备出的柱撑改性蒙脱石[13]。
1.2.3 柱撑蒙脱石的应用
柱撑蒙脱石的应用之所以受到广泛重视，主要是因为它独特的结构和性能，使蒙脱石在催化剂材料、热绝缘体、化学传感器、环境保护、膜技术、择形吸附、光功能材料及颜料等众多领域具有广阔的应用前景[14]。
另外，蒙脱土在我国分布广泛，我国已经探明的蒙脱土总储量居世界前列。根据统计，我国共有26个省（自治区）存在膨润土矿床，而且多为大型矿床，因此使用蒙脱石作为工业材料就具有取材便利，价格便宜的优势。所以蒙脱石的改性，以及改性后的柱撑蒙脱石对化学反应的影响和其在化工行业尤其是在水处理方面的应用将会是研究重点[15-16]。