水體環(huán)境污染問題是近年來制約可持續(xù)發(fā)展的巨大阻礙，并且對人類生命安全和健康構(gòu)成潛在威脅。蒙脫石納米片不僅作為材料骨架提供了多孔結(jié)構(gòu)和大比表面積，而且剝離后的蒙脫石暴露出更多的表面反應(yīng)活性位點，有利于功能性分子的結(jié)合和吸附，蒙脫石表面天然負電性和邊緣羥基基團以及良好的化學(xué)和熱穩(wěn)定性也為其作為復(fù)合吸附劑提供了巨大的應(yīng)用優(yōu)勢。

王偉和康石長等人將超聲剝離得到的蒙脫石二維納米片與鏈狀有機高分子殼聚糖（Chitosan，CS）通過蒙脫石片層邊緣鋁羥基（Al－OH）和殼聚糖鏈上的官能團（－NH3+）相結(jié)合，制備了具有三維結(jié)構(gòu)的蒙脫石水凝膠（MMTNS－CShydrogel）。

圖1 （a）蒙脫石二維納米片與殼聚糖自組裝制備水凝膠機理圖及（b，c）水凝膠的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)

制備的蒙脫石水凝膠具有疏松多孔的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)，吸水保水能力很強，對水溶液中重金屬污染物Pb2+的吸附量最高可達約45mg/g，對有機染料亞甲基藍（Methyleneblue，MB）的吸附量可達約530mg/g，吸附效果遠高于未剝離蒙脫石或其他改性蒙脫石和活性炭等常用吸附劑。

近期，趙云良又提出了一種鐵－殼聚糖/蒙脫石復(fù)合凝膠（Fe－CS/MMTNS），對MB進行吸附和光芬頓反應(yīng)協(xié)同處理，該復(fù)合凝膠能夠在廣泛pH范圍內(nèi)保持對MB的高效降解（圖2a），并表現(xiàn)出極佳的循環(huán)穩(wěn)定性（圖2b），其協(xié)同作用機理如圖2c所示：一部分MB直接被光芬頓產(chǎn)生的羥基自由基氧化而發(fā)生脫甲基作用，還有部分MB則是先吸附在Fe－CS/MMTNS凝膠上然后再被羥基自由基氧化降解。

圖2 （a）鐵－殼聚糖/蒙脫石自組裝凝膠對亞甲藍的吸附和降解去除率，pH=3；（b）鐵－殼聚糖/蒙脫石自組裝凝膠循環(huán)性能；（c）鐵－殼聚糖/蒙脫石自組裝凝膠吸附/光芬頓反應(yīng)協(xié)同降解亞甲基藍機理圖

在MMTNS－CS水凝膠的基礎(chǔ)上，王偉等人繼續(xù)利用二維蒙脫石納米片制備了一種多孔有機高分子復(fù)合材料（Porous organic polymer，POP），即采用聚乙烯醇（PVA）、海藻酸鈉（SA）和殼聚糖（CS）與蒙脫石納米片復(fù)合制備直徑約3mm的凝膠微球（圖3a，b）。凝膠球內(nèi)部可看到均勻分布的微孔結(jié)構(gòu)（圖3c，d），蒙脫石納米片起到了骨架支撐作用，且對MB同樣具有很好的吸附去除效果。

圖3 （a）PVA/SA/CTS－MMTNS凝膠球；（b）冷凍干燥后的PVA/SA/CTS－MMTNS凝膠球；（c）（d）為凝膠球內(nèi)部多孔結(jié)構(gòu)的SEM形貌圖；（e）CS－MMTNS中空層狀球殼制備過程；（f）CS－MMTNS中空層狀球殼SEM測試形貌；（g）CS－MMTNS中空球殼TEM測試形貌

陳鵬等人則是首先將CS負載在聚苯乙烯（polystyrene，PS）微球表面，然后將表面修飾的PS顆粒浸入剝離后的蒙脫石納米片分散液中，通過層層自組裝形成核－殼結(jié)構(gòu)，之后通過煅燒去除PS內(nèi)核得到中空的殼聚糖－蒙脫石球形外殼（MMTNS@CS－HMPHS）（圖3e－g）。制備的蒙脫石球狀外殼表面具有通向內(nèi)部的介孔通道，球殼內(nèi)部因與殼聚糖結(jié)合而具有與外表面不同的活性位點；其大比表面積和差異性的活性位點分布可用于吸附和用作催化劑載體等。

除水體中的重金屬離子和有機染料污染外，溫室氣體CO2的大量排放對全球氣候產(chǎn)生的影響也是迫在眉睫的環(huán)境問題。常用的烷烴醇胺溶液處理CO2能力不足，且其自身毒性和腐蝕性容易造成二次污染。

能夠負載胺的黏土礦物由于天然的籠狀或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)以及良好的生物相容性和化學(xué)穩(wěn)定性受到越來越多的關(guān)注。Lee等人首先用陽離子表面活性劑CTAB對蒙脫石進行插層改性，再將CTAB插層蒙脫石至于甲苯溶劑中進行超聲剝離，再將二元胺基團嫁接到剝離的蒙脫石納米片表面。該胺改性蒙脫石吸附劑在100℃純CO2氣氛中最大吸附量為2.4mmol/g，均高于其他胺改性吸附材料，并且在吸附/解吸循環(huán)中最大吸附容量基本保持不變。

二維蒙脫石納米片在上述對于環(huán)境污染水處理和溫室氣體吸附方面的研究展現(xiàn)出其作為二維材料原料的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢和黏土礦物天然物化特性在合成材料過程中的關(guān)鍵性作用，相較于傳統(tǒng)環(huán)境材料，二維蒙脫石制備的功能各異的環(huán)境功能材料具有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢。

資料來源：《白皓宇,趙云良,王偉,等.蒙脫石剝離二維納米片及其功能化應(yīng)用[J].礦產(chǎn)保護與利用,2019,39(06):101-111》