8大類(lèi)環(huán)境礦物材料及最新研究進(jìn)展

  環(huán)境礦物材料是指與生態(tài)環(huán)境具有良好協(xié)調(diào)性或直接具有環(huán)境修復(fù)功能的礦物材料。環(huán)境礦物材料近十年來(lái)取得了極大的進(jìn)展，其研究應(yīng)用范圍越來(lái)越大，除了在常見(jiàn)的水、氣、聲、土壤等領(lǐng)域的應(yīng)用外，在荒漠治理、海上重油處理、核輻射處理等方面的應(yīng)用研究還得到了加強(qiáng)。

1、水污染治理材料

水污染治理礦物材料是環(huán)境礦物材料最主要的部分，也是研究最活躍、成果最集中的部分。這主要是因?yàn)榄h(huán)境礦物材料比表面積大、離子交換能力強(qiáng)使其具有較強(qiáng)的吸附性能，可用來(lái)去除廢水中的金屬離子、有機(jī)污染物等。近十年，水污染治理礦物材料研究主要集中于新型材料、應(yīng)用新技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用領(lǐng)域拓展方面。

在研發(fā)新材料方面主要是將天然礦物進(jìn)行改性，例如：

Zhang等通過(guò)對(duì)高嶺土改性制備的高嶺土納米膜對(duì)剛果紅顯示出良好的吸附性能，礦物復(fù)合材料具有高效的再生能力。

張萍等結(jié)果發(fā)現(xiàn)酸活化可提高凹凸棒石在低壓與高壓區(qū)對(duì)苯的吸附量。

適當(dāng)改性后的蛭石可用于去除水中的氨氮或重金屬離子；王完牡等將有機(jī)改性蛭石用于吸附2,4-二氯酚。

將礦物與特定材料復(fù)合，也可有效治理水污染，例如：

王珊等以伊利石為載體、葡萄糖為碳源，制備出納米碳/伊利石復(fù)合材料，對(duì)溶液中的亞甲基藍(lán)吸附效果極好。

Tang研究了凹凸棒/碳（APT/C）復(fù)合材料作為可重復(fù)使用的抗生素吸附劑的吸附性能，結(jié)果表明在300℃下制備的復(fù)合材料具有高吸附能力并能快速達(dá)到平衡。

Xie等用赤泥和偏高嶺石制備地聚物用于吸附水中Pb2+，該地聚物顯示出良好的Pb2+固定能力。

吳向東等對(duì)膨潤(rùn)土和海泡石、天然沸石改性之后用于污水處理，吸附效果顯著增強(qiáng)。

與礦物材料有關(guān)的水處理新技術(shù)近年來(lái)不斷涌現(xiàn)。是一種原位修復(fù)技術(shù)，礦物復(fù)合材料是近年來(lái)研究和應(yīng)用最為廣泛的地下水污染修復(fù)技術(shù)。Wang等以離子液體為綠色溶劑對(duì)天然沸石進(jìn)行改性，制備了環(huán)保型滲透反應(yīng)格柵（PRB）材料，并建設(shè)了示范工程，應(yīng)用于云南陽(yáng)宗海砷污染的治理。此外，微波降解技術(shù)應(yīng)用于水處理領(lǐng)域也有很大進(jìn)展，如在微波輔助下利用氧化錳礦物對(duì)水中抗生素及染料進(jìn)行降解，效果良好。

水處理礦物材料的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷拓展，除用于常規(guī)的生活污水、工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)污水處理外，礦物材料還可應(yīng)用于海上重油的處理。邱麗娟等以石墨等為原料制備了超疏水的海綿狀復(fù)合材料，該復(fù)合材料對(duì)水上浮油和水下重油均具有優(yōu)異的吸附能力。此類(lèi)復(fù)合材料在處理油脂和有機(jī)物泄漏造成的大面積污染方面有著巨大的應(yīng)用前景。

2、大氣污染治理材料

大氣污染治理材料是環(huán)境礦物材料研究的薄弱方面，近十年來(lái)得到明顯加強(qiáng)。一些天然礦物具有較大的比表面積和豐富的孔道結(jié)構(gòu)，對(duì)氣體有良好的吸附性能，在大氣污染治理方面有很好的應(yīng)用前景。

沸石具有大量孔穴和孔道，對(duì)氣體分子具有較強(qiáng)的吸附能力，常被用于吸附甲硫醇、氨氣、苯氣體、甲醛、甲烷等。膨潤(rùn)土、海泡石等具有強(qiáng)的氣體吸附性能，常作為吸附介質(zhì)用于處理NH3、SO2、H2S等有害氣體。

在礦物材料的改性和制備研究方面：

高如琴等以硅藻土為主要原料制備出電氣石修飾的硅藻土基內(nèi)墻材料，對(duì)甲醛有很好的去除效果。

馬劍對(duì)凹凸棒石進(jìn)行改性，用于吸附CO2。硅烷改性硅藻土、H2SO4改性海泡石被用于吸附甲醛。

3、土壤污染治理材料

我國(guó)土壤污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，其中以重金屬污染最為典型。礦物材料具有來(lái)源廣、成本低、使用方便、對(duì)重金屬污染治理效果優(yōu)良等突出特點(diǎn)，已成為土壤污染治理的優(yōu)選材料。

黏土礦物是土壤的主要組分之一，通過(guò)離子交換、專(zhuān)性吸附或共沉淀反應(yīng)可降低土壤中重金屬的活性，以增強(qiáng)土壤的自?xún)裟芰Γ_(dá)到鈍化修復(fù)目的。

海泡石與石灰石、磷肥及膨潤(rùn)土聯(lián)合施用可促進(jìn)污染土壤中鎘的固定，凹凸棒石對(duì)鎘的最大吸附量可達(dá)40mg/g，高于普通黏土礦物；硅藻土、羥基磷灰石等也被用于重金屬污染土壤的修復(fù)。

此外，對(duì)天然礦物進(jìn)行改性或者制備成復(fù)合材料，可進(jìn)一步提高其固持重金屬的性能，而成為高效的土壤污染治理材料。改性納米沸石能顯著降低土壤有效鎘含量；改性海泡石可吸附固定土壤中的As3+和As5+。

另外，磁性礦物材料和磁分離技術(shù)也被廣泛使用。有研究用溶劑熱法制備了Fe3O4/膨潤(rùn)土復(fù)合材料及磁性膨潤(rùn)土，使其具備了較高的飽和磁化強(qiáng)度，可作為吸附劑并能通過(guò)磁分離技術(shù)從體系中分離。

4、噪音污染治理材料

城市噪聲污染是四大環(huán)境公害之一，是21世紀(jì)環(huán)境污染控制的主要對(duì)象，城市環(huán)境噪聲污染已成為干擾人們正常生活的主要環(huán)境問(wèn)題之一。全國(guó)有四分之三以上的城市交通干線(xiàn)噪聲平均值超過(guò)70dB。一些多孔礦物材料如膨脹珍珠巖板和火山巖板等具有吸聲的功能，其相關(guān)研究已取得較大進(jìn)展。

蛭石是一種吸音性能優(yōu)良的礦物，近年來(lái)常作為硬質(zhì)吸聲材料在建筑領(lǐng)域使用。習(xí)永廣和彭同江將膨脹蛭石與石膏進(jìn)行復(fù)合，所制備的材料可用于隔熱、吸聲和濕度調(diào)節(jié)。范曉瑜將蛭石與PVC復(fù)合，并對(duì)復(fù)合材料的隔聲性能、力學(xué)性能、阻燃性能進(jìn)行了研究，分析了材料隔聲量與聲壓級(jí)、物料含量、面密度等之間的關(guān)系。

5、節(jié)水防滲材料

一些天然礦物由于具有較好的低滲透性和化學(xué)穩(wěn)定性，以及儲(chǔ)量豐富、價(jià)格便宜等特點(diǎn)，礦物復(fù)合材料被當(dāng)作防滲材料被廣泛用于生活垃圾填埋場(chǎng)、工業(yè)危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)、礦山尾礦處理、油槽防漏，以及地下建筑和景觀(guān)工程、地鐵、隧道、水利工程等領(lǐng)域。其中，膨潤(rùn)土被認(rèn)為是最合適的防滲材料。

孫志明等對(duì)改性膨潤(rùn)土作為垃圾填埋場(chǎng)的防滲材料進(jìn)行了研究，結(jié)果表明聚丙烯酰胺改性膨潤(rùn)土作為填埋場(chǎng)防滲襯層的效果良好。王丫丫等以紅黏土為主要原料，添加高分子羧甲基纖維素鈉制備紅黏土防滲材料，該材料對(duì)環(huán)境無(wú)毒無(wú)污染，原材料廉價(jià)易得，具有很大的實(shí)際應(yīng)用前景。

6、荒漠治理材料

土地荒漠化、沙漠化是全世界面臨的一個(gè)長(zhǎng)期問(wèn)題，是我國(guó)當(dāng)前面臨的最為嚴(yán)重的生態(tài)問(wèn)題之一，也是我國(guó)生態(tài)建設(shè)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

王愛(ài)娣以自然界分布廣泛、儲(chǔ)量豐富的天然紅土和黃土為主要成分，與環(huán)境友好型高分子（CMC，PVA）和生物高分子（植物秸稈）進(jìn)行復(fù)配，制備出天然黏土基固沙材料。冉飛天以聚乙烯醇、凹凸棒石黏土和部分中和的丙烯酸為原料制備高吸水復(fù)合材料，能夠顯著提高固沙試樣的抗壓強(qiáng)度。這類(lèi)復(fù)合材料可以保護(hù)沙生植物的生長(zhǎng)，使其根系免受風(fēng)沙的侵蝕，同時(shí)可以為其生長(zhǎng)提供一定的營(yíng)養(yǎng)，有保溫、保水作用，對(duì)沙漠地區(qū)植被的恢復(fù)有重要作用。

7、防輻射材料

放射性核素半衰期長(zhǎng)，伴有放射性和化學(xué)毒性，基本上不經(jīng)歷生物或化學(xué)降解過(guò)程，礦物復(fù)合材料因而在環(huán)境中可長(zhǎng)期存留并富集。

胡小強(qiáng)等合成了含CsA沸石，它對(duì)模擬核素Cs+具有較好的去除效果（去除率可達(dá)97.95%）；賴(lài)振宇將磷酸鎂水泥用于固化中低放射性廢物，包括用于處理中低放射性焚燒灰，結(jié)果表明磷酸鎂水泥對(duì)Cs和Sr均具有較好的吸附性能，對(duì)Sr吸附率高達(dá)97.72%。

石墨是我國(guó)的優(yōu)勢(shì)礦產(chǎn)資源，因其具有較好的力學(xué)性能和穩(wěn)定性能，而成為核科學(xué)和工程中的重要材料。例如，以熔化的氟鹽做核燃料載體的第四代反應(yīng)堆———熔鹽堆，就是以石墨作為中子慢化劑和反射體，與燃料鹽直接接觸。

8、保鮮防霉材料

微生物破壞商品包裝致使食品腐敗變質(zhì)，礦物復(fù)合材料縮短食品的貨架壽命，甚至威脅人類(lèi)健康和環(huán)境安全，這使得保鮮防霉材料研究受到關(guān)注。

2011年，歐洲食品安全局發(fā)表了一項(xiàng)關(guān)于層狀硅酸鹽特別是膨潤(rùn)土的研究，驗(yàn)證了膨潤(rùn)土作為食品添加劑的安全性，并證明了膨潤(rùn)土對(duì)牛奶中黃曲霉素的還原作用。膨潤(rùn)土有較強(qiáng)的吸附能力和粘結(jié)能力，作為防霉劑可有效防止食品含水量偏高。林寶鳳等采用離子交換方法制備了殼聚糖/膨潤(rùn)土/鋅復(fù)合物，并研究其在蒸餾水和鹽水中的緩釋行為及抗菌性能。段淑娥以銀-組氨酸配位陽(yáng)離子為前驅(qū)體，以蒙脫石為載體，制備了抗變色耐鹽性的載銀抗菌劑。