无机离子改性膨润土吸附-协同催化降解有机物机制

从理论上探讨可以同时增强吸附性能和协同催化能力的膨润土改性方法，揭示膨润土层间金属离子与多种类型有机污染物的作用规律，以开发具有高吸附特性并能催化自净的水处理材料，循环用于废水处理。筛选增强吸附离子（如钾、铯或稀土金属离子等）和催化活性组分（如铁、铜离子等）在有机介质中同时植入膨润土纳米层间。考察改性离子间协同催化有机物性能，探明吸附及协同再生催化机理。以硝基化合物、氰基化合物、羰基化合物和含氯有机物等为目标污染分子，评价该材料的吸附性能及催化降解多种有机污染物过程中的催化活性、稳定性、分离回收与循环使用性能。利用XRD、TEM、SEM、AFM、NMR、TOC等手段表征再生前后膨润土的结构特征、吸附性能以及改性方式和再生效果之间的关系。项目顺利实施可以实现膨润土水处理材料"吸附-反应-回用"一体化，为保护水资源、开发功能性膨润土、利用我国丰富的膨润土资源提供新的方法和途径。

我国膨润土（Bentonite）是一种以蒙脱石为主要矿物组成的粘土岩，我国总蕴藏量居世界第一。蒙脱石是由两个共顶联接的硅氧四面体片间夹一个共边联接的铝氧八面体片组成的层状硅酸盐矿物。层间阳离子具有可交换性，利用其离子交换特性开发出多种用途的吸附和催化材料。本项目为了拓展膨润土在环境保护行业的应用，提高其附加价值，揭示膨润土对吸附与催化的贡献，主要取得以下研究结果：（1）揭示有机膨润土在不同改性量下的吸附机制。有机膨润土作为一种常用吸附剂，但仅仅能通过分配作用吸附非离子有机化合物。但本研究发现用过量的阳离子表面活性剂改性之后得到的有机膨润土同样可以用于吸附阴离子污染物。研究发现过量的阳离子在膨润土层间形成固相胶束，在固相胶束中配合有相应的阴离子，利用该阴离子和溶液中的阴离子有机物的交换作用，可以有效去除阴离子有机污染物。（2）提出一种在膨润土层间负载无机盐的方法，并揭示其负载规律。采用先氧化再制盐的方法，成功将磷酸银晶体颗粒固定到膨润土层间。该方法解决了传统方法无法将无机盐负载到膨润土层间的这一技术难题，大大拓宽了膨润土作为催化剂载体的应用范围，由只能负载金属氧化物扩展到无机盐，该方法也将对催化剂的特性产生巨大的影响。（3）揭示了膨润土层间的磷酸银的光蚀机制并根据该机制提出解决办法。磷酸银催化剂在光的作用下虽然有很强的可见光活性，但由于其自身的光蚀作用，降低了其稳定性。本研究发现其在紫外光下可以有自修复作用，采用紫外光和可见光综合光照，达到稳定的催化效果。项目研究结果在App Cat B、Chem Eng J等国内外学术期刊上发表论文8篇，其中SCI收录6篇，EI收录两篇，同时申请发明专利8项，其中4项获得授权。