凹凸棒石基功能吸附材料助力环境治理与可持续发展

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近日，中国科学院兰州化学物理研究所甘肃省黏土矿物重点实验室在凹凸棒石基功能吸附材料研究方面取得系列进展。该团队利用凹凸棒石和天然植物提取物的协同作用，成功研发出一种新型多孔材料，实现了对阳离子染料分子的高效吸附，然后将废吸附剂进行炭化处理应用于土壤改良，能有效促进植物生长。这一策略为吸附材料与环境的协调发展提供了新的解决方案。相关论文发表于《环境科学杂志》。

多孔材料具有吸附容量大、吸附速率快、易分离和再生等特点，近年来，在水体污染治理、选择性分离和富集等方面受到高度关注。但传统多孔吸附材料制备过程复杂且能耗较高，成为制约多孔吸附材料规模化应用的难题之一。

针对这一问题，团队利用凹凸棒石一维棒晶表面的反应活性，采用水溶液分散聚合，一步法构筑了系列粒状有机/无机复合吸附材料。研究人员还利用表面活性剂协同凹凸棒石稳定的乳液模板，发展了系列多级孔结构的粒状吸附材料。这些材料不仅可以实现重金属离子和阳离子染料的高效去除，还可以实现稀土离子和稀散元素的选择性吸附和分离。

为进一步解决合成表面活性剂的二次污染问题，研究团队探索了天然植物提取物的应用。研究人员发现五倍子、黄芪、无患子和党参等天然植物含有的活性成分，都可替代合成表面活性剂。通过与凹凸棒石的协同作用可有效稳定Pickering泡沫模板，构筑的多孔吸附材料对亚甲基蓝、灿烂绿等染料分子和金霉素等抗生素分子表现出优异的吸附性能。

凹凸棒石和五倍子协同稳定Pickering泡沫构筑多孔吸附材料。兰州化学物理研究所供图。

为实现吸附材料的再生利用并提高资源化水平，研究团队将废吸附剂进行炭化处理，制备的凹凸棒石生物炭应用于土壤修复和改良。研究人员发现凹凸棒石生物炭对Cd2+具有良好的“固定”作用，通过盆栽试验，总生物量可提高86.42%，同时对土壤盐碱也有一定的抑制作用。

该项研究成果践行了黏土矿物“源于自然、用于自然、融于自然”的可持续发展理念，为解决环境治理和资源可持续利用问题提供了新的思路和方法。在未来，这项技术有望在工业废水处理、土壤修复以及稀贵金属离子分离等领域得到广泛应用和推广。

相关论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jes.2022.11.024

  凹凸棒石和党参协同稳定水基泡沫构筑多孔吸附材料及其矿物生物炭用于植物生长。兰州化学物理研究所供图。