有机粘土结构变形及其吸附有机物的构-效关系

有机粘土在废水处理、土壤修复等污染控制领域有广阔的应用前景，但其结构与吸附性能之间的关系（即构-效关系）还不够明确，难以为提高其污染控制效率提供理论指导。本项目拟从研究有机粘土污染控制应用中发生的结构变形问题出发，综合运用原位结构表征、计算机模拟及吸附热力学计算三种技术手段，表征典型有机粘土（十六烷基三甲基铵改性蒙脱石）吸附疏水性有机物（硝基苯和乙萘酚）时的微观结构及其变化规律，并结合线性溶剂化能理论，分析表面活性剂、粘土硅氧烷表面及吸附质分子间的微观作用特征；项目旨在探明有机粘土吸附有机物过程中的结构变形特征，阐明影响有机粘土吸附性能的关键结构因素，进而建立其吸附有机物的构-效关系，预测具有高效吸附性能的有机粘土所对应的结构特征。项目预期成果对提高有机粘土污染控制效率、开发利用我国丰富的粘土矿物资源具有重要的理论和实际意义。

有机粘土在废水处理、土壤修复等污染控制领域有广阔的应用前景。项目研究拟通过系统考察有机粘土微观结构与吸附性能之间的对应关系，明确有机粘土构-效关系，为提高有机粘土吸附性能提供指导。项目研究中我们采用原位结构表征和分子动力学模拟的方法，揭示了水环境下有机粘土的结构变化过程及层间域微观结构特征；采用线性溶剂化能分析和分子动力学模拟技术，分析了有机粘土对有机污染物的吸附特性。研究取得了以下主要结果：（1）提出了水环境下表面活性剂在粘土矿物层间域的层状结构排列模式，包括烷基链依附在粘土硅氧烷表面的形成的层结构，以及烷基链在层间域空间聚集形成的准第三层结构，表面活性剂负载量增加时，准第三层结构中烷基链所占比例增加并形成纳米尺寸的聚集体。（2）发现准第三层烷基链聚集体对有机污染物分子的吸附效率优于依附在硅氧烷表面的烷基链单层，增加表面活性剂负载量能提高准第三层烷基链比例，因而对有机污染物吸附性能增加；但负载量过高时层间域空间位置效应增强，从而导致有机粘土吸附能力下降。（3）提出用阳离子聚合物与表面活性剂共同改性蒙脱石，通过阳离子聚合物的高电荷/质量比来调节表面活性剂的层间域结构，从而显著增强了有机粘土吸附性能，吸附系数提高最大可达40%。项目研究结果在Environ Sci& Technol、环境科学学报等国内外学术期刊上发表论文12篇，其中SCI论文9篇，EI论文1篇，CSCD论文2篇。