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目录1

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

2.4.3　黑云母、金云母的红外光谱39

2.4.2　黑云母、金云母的X射线衍射特征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

3.1　蒙脱石的差热曲线特征73

3　黏土矿物材料热活化过程中的微结构变化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

3.3.1　29Si谱76

3.3.2 27Al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

4.2　酸化蒙脱石的化学组成及表面化学性质84

4.1　酸化蒙脱石制备84

4　酸活化黏土矿物材料的表面活性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

5.1.1　Keggin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1HMAS 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

6.5 HDTMA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

6.7.1　X射线衍射分析133

6.7.2　Raman光谱研究135

6.7.3 DRIFT谱研究136

6.7.4　1H MAS NMR谱138

6.8　有机插层蒙脱石142

6.8.1　X射线衍射特征143

6.8.2　HDTMA+插层蒙脱石的13C MAS NMR谱144

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　黏土矿物层间域的界面特性及环境意义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

7.2　1∶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

7.3　2∶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

9.4.1　Mg2+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

9.5.1 HDTMAB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

9.5.3　HDTMAB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

10.2.1　有机控释材料特征227

10.2　有机和无机（矿物）控释材料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

10.5.3　X射线衍射分析253

10.5.4　红外光谱特征254

10.6.1　矿物锌肥的制备和盆栽试验255

10.6　矿物微肥（锌肥）255

10.6.2　盆栽试验结果256

10.6.3　矿物锌吸附等温线256

10.6.4　X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

11.4　pH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

11.6.4　层状硅酸盐矿物对重金属污染的治理途径277

11.6.3　重金属在沉积物中的存在形式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

12.1.3　pH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

12.2.3　pH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

13.1 引言301

13 黏土矿物材料对放射性废物的处理处置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

13.4.2　膨润土掺加比例对渗透系数的影响315

13.4.1　抗压强度的影响因素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

14.2.1 黏土种类对超吸水复合材料吸水性能的影响323

14.2 黏土-淀粉接枝共聚丙烯酰胺超吸水性复合材料323

14.2.3 交联剂用量对超吸水复合材料吸水性能的影响324

14.2.2 黏土添加量对超吸水复合材料吸水性能的影响324

14.2.4　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

15.1　前言337

15　黏土矿物抗菌材料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

16.1.1　声音的度量——分贝的概念350

16.1　噪声控制基本知识350

16　噪声控制材料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

17.3.1　太阳光光降解377

17.3.2　甲基橙降解动力学377

17.3 凹凸棒石负载纳米TiO2的光催化性能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

18.1.1　重金属离子的吸附处理382

18.1　黏土矿物对水体污染治理的研究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