近日，工信部印發的《產業關鍵共性技術發展指南（2017年）》明確指出：要優先發展用于工業廢水處理的礦物功能材料深加工技術，包括礦物功能材料在工業廢水處理中的應用技術。
高嶺土是自然界中廣泛存在的天然粘土礦物資源，其結構性質穩定，但含雜質量較高，離子交換容量有限，反應活性低等缺點，在現實生活中直接利用率并不高。對高嶺土進行有效改性后應用于處理廢水中的重金屬離子和染料污染物具有重要發展前景。
近些年，如何利用高嶺土對其進行有效改性、使其成為高效廉價的新型環保吸附材料已逐漸成為時下較為熱門研究課題之一。一般來說，高嶺土的改性方法大致可劃分為煅燒改性、無機改性、有機改性等方法。
1、煅燒改性
高嶺土的白度、活性、物相等理化性質可通過煅燒得到提升，煅燒方法也成為生產高嶺土品質的主要手段之一。在不同溫度下煅燒高嶺土，會使高嶺石表面及結構層間的水和有機物質燃燒蒸發掉，結構層的破壞導致高嶺土質地變松；而且，選擇適當的溫度對高嶺土進行煅燒，脫出其結構層中的全部經基，此時，新的穩定相（如莫來石相）又尚未形成，硅和鋁的溶出量最大，高嶺土會具有較大的活性。
當煅燒溫度達到110℃時，高嶺土表面的吸附水會被蒸干排出；
當煅燒溫度達到約500℃時，高嶺土結構層中的經基會以蒸汽狀態逸出，在溫度達到650℃時完成脫經基的步驟，從而變成偏高嶺土；
當煅燒溫度為900-1000℃時偏高嶺上會相變產生新的結晶，其物理性能也發生了變化；
經過1500℃煅燒的高嶺石已完全轉變為莫來石相，該溫度下煅燒得到的材料可作為一種耐火材料來使用。
煅燒的過程當中會高嶺土的結構被破壞，導致粒徑會增大，其表面能會降低，且分散性有所提高，酸性也顯著增強。
以煅燒活化過程為基礎，通過對煅燒后的高嶺土采取更進一步的改性或加工方法，可制得比表面積高和吸附性能優異的改性高嶺土材料，將其作為選擇性吸附劑可應用于工業廢水治理等環保領域。
2、無機改性
高嶺土無機改性主要是指通過利用酸、堿、無機鹽等無機物處理高嶺土其進行改性，以改變其表面的性質或內部結構，滿足改性后的高嶺土在實際生產當中的應用。
依據高嶺土在高溫相變過程中硅、鋁各自的化學環境的不同，一般會采取酸改性和堿改性處理的方法。酸、堿改性處理的方法均會不同程度地改變高嶺土的表面性質、比表面積和孔徑。
（1）酸改性高嶺土
酸改性是指高嶺土經過高溫煅燒形成偏高嶺土后，再與強酸或弱酸物質反應形成酸改性活化白土。
利用鹽酸處理高溫煅燒高嶺土，將高嶺土中經過高溫煅燒被活化氧化鋁與鹽酸反應浸取出來，將其制備成酸活化白土時，高嶺土表面酸位的數量與其比表面積都有明顯增加，高嶺土的孔數量和平均孔徑均有所提高，而且孔徑分布也變得較為集中。
研究表明：鹽酸改性高嶺土會形成有明顯的中孔結構的材料，同時浸取反應溫度的提高，會使中孔特征會更加明顯，鹽酸處理后的高嶺土的孔隙率也會提高，此法有利于增大高嶺土的比表面積。
（2）堿改性高嶺土
堿改性是指高嶺土經過高溫煅燒后形成偏高嶺土，再與強堿或弱堿性物質反應形成堿改性活化白土，堿改性高嶺土孔徑分布較為集中。
在處理重金屬Pb（II）廢水方面，目前研究較多的是用磷酸、硫酸鹽等無機鹽或含氧化物改性高嶺土處理含鉛、鍋、銅等重金屬離子廢水。
在處理剛果紅染料廢水方面，當前采用的方法多為利用酸堿進行改性提高其比表面積或利用金屬氧化物復合高嶺土制備改性高嶺土處理含剛果紅染料廢水。
3、有機改性
高嶺土的有機改性主要通過對其表面和內部結構環境的改善，提高高嶺土與聚合物之間相結合的可能性，從而提高高嶺土的應用性能，該方法廣泛用于橡膠、塑膠和造紙行業。有機改性方法當中包含有插層改性和表面包覆改性。
插層改性是指利用極性小分子的尺度小的特點，將其插層到高嶺土層間，獲得層間距更大的插層高嶺土，使其達到在納米級的同時呈現均勻分散、層間被剝離的狀態。高嶺土插層改性的好壞直接影響到納米復合材料的性能。
表面包覆改性是指利用表面活性劑或偶聯劑將有機物與高嶺土之間相連接，使高嶺土表面包覆一層有機物，改善提高其某一領域性能的一種方法。由于高嶺土的陽離子交換性能較差，其應用于環境治理應用的效果不夠明顯，所以需要用表面包覆改性的方法對其改性。高嶺土層間存在大量的親水性無機陽離子，通過有機改性后，高嶺土顆粒表面包覆一層有機化合物，高嶺土表面發生了變化，從表面親水性變成表面親油性，增強其與有機物之間的相容性，明顯提高了對水中有機污染物和陰離子的吸附能力，能取代傳統的活性炭用于工業廢水處理。
來源：高嶺土改性吸附材料的制備表征及其吸附性能的研究，作者：多喜
編輯整理：中國粉體技術網
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