膨润土是一种层状铝硅酸盐矿物，主要成分是蒙脱石。蒙脱石是具有2:1单斜结构的层状粘土。相邻单斜晶系之间存在一定的空间隙，间隙中填充了大量的阳离子和阴离子，如Ca2+、Mg2+、Al3+、Fe3+、Na+、Cl-等。

1.膨润土的提纯和预处理

一般膨润土的蒙脱石含量在60%左右，部分优质膨润土可达80%。膨润土中蒙脱石的含量对膨润土的性能有重要影响。改性前提纯膨润土的目的是提高蒙脱石含量，降低应时含量。

(1)膨润土的干法提纯

膨润土的干法提纯是根据膨润土与杂质矿物在粒度、密度、硬度上有较大差异的特点，通过分步分离、沉降的方法进行分离。一般适用于蒙脱石含量大于80%的膨润土提纯。

(2)膨润土的湿法提纯

膨润土用途广泛，其机理是利用蒙脱石晶胞小，能充分分散在水中的原理，将杂质与蒙脱石分离。

一般膨润土需要经过改性才能用于实际生产。改性的基本原理是利用水分子和阳离子在其层间域的互换性。常用的膨润土改性方法有钠化改性、酸改性、焙烧改性、盐改性、有机改性、无机柱撑改性、无机/有机复合改性等。

2.膨润土钠化改性

由于蒙脱石和Ca2+的吸附能力比Na+强，所以自然界中的膨润土一般都是钙基的。但在实际应用中发现，钙基土壤中Ca2+的交换容量远低于Na+，所以钙基土壤往往经过钠化处理后才投入市场。

膨润土钠化改性的原理是Na+与Al、Mg的结合强度大于Ca2+，Na+取代膨润土层间的Ca2+,达到钠化改性的目的。常用的钠剂有NaF、Na2CO3、NaCI、NaNO3、NaSO4等。

研究表明:

以Na2CO3为钠化剂，最佳浓度为4%，钠化时间为30min，水浴温度为70℃，处理后膨润土的钠离子含量从1.47%提高到32%。

Na2CO3改性剂的效果优于NaCI。Na2CO3钠化改性后膨润土的溶胀度和胶体值分别提高了约20mL/g和200mL/g，钠化改性后的产品能够满足工业使用要求。

3.膨润土的酸改性

膨润土酸改性的原理是用不同种类和浓度的酸浸泡膨润土，使膨润土层间的Ca2+、Mg2+、Al3+等金属离子以可溶性盐的形式溶出，疏通孔道，有利于吸附质分子的扩散。同时，由于氢原子的半径小于Ca2+、Mg2+和Al3+，电离的H+可以取代层间的金属阳离子，从而减弱层间力。

酸化后的膨润土一般为活性白土或漂白土，其孔容和比表面积发生了较大变化，吸附点也有所增加。常用的酸改性剂有H2SO4、HCl、CH3COOH等。

研究表明:

酸活化膨润土的比表面积可从23m2/g提高到56m2/g，吸附效果也较原土有较大提高。

硫酸的改性效果优于盐酸，改性后的土壤比表面积增大，对印染废水的去除能力也有所提高。

10%硫酸改性膨润土的层间距从1.46nm增加到1.84nm，吸附性能也有所提高。Pb2+去除率达到96%，处理后剩余Pb2+达到国家排放标准。

4、膨润土焙烧活化改性法。

膨润土焙烧改性法的原理是将膨润土在不同的温度下煅烧。高温煅烧时，膨润土会依次失去地表水、骨架结构中的结合水和孔道中的有机污染物，导致孔隙率增加，结构更疏松，比表面积更大，在一定程度上提高了吸附性能。

研究表明:

450℃煅烧的改性膨润土的比表面积会随着煅烧温度的升高而增大，煅烧膨润土的比表面积可达120.24m2/g，是原膨润土的1倍以上。但当温度超过500℃时，膨润土的有利结构会被破坏，蒙脱石的晶体结构会发生弯曲，还可能产生新的相，导致比表面积和孔隙率急剧下降，同时实际生产成本也会相应增加。

在450℃焙烧2h的条件下，合成了煅烧活性膨润土，并用于处理液压油。结果表明，煅烧活化膨润土对液压油具有良好的吸附效果。当改性土用量为15%，反应温度为90℃，反应时间超过20min时，去除率可达94%，远远超过原土的脱色效果。

5.膨润土的有机改性

膨润土有机化改性的原理是使膨润土有机化，利用有机官能团或有机物置换膨润土层间的可交换阳离子或结构水，然后通过共价键、离子键、偶合键或范德华力形成有机复合膨润土。

有机改性不仅能增加膨润土的层间距离，还能增强去除有机物的能力。通过离子交换，有机改性剂与膨润土中的钙或钠等阳离子反应，从而将有机成分引入膨润土，改性后的膨润土由亲水疏油变为亲油疏水。常用的有机改性剂是阴离子和阳离子表面活性剂。

研究表明:

以十六烷基三甲基溴化铵为改性剂合成有机改性膨润土，含油废水COD去除率高达85.84%，亲油疏水效果明显，对含油废水的吸附效果明显提高。

十六烷基三甲基溴化铵改性钠基膨润土对Cr6+的去除率高达95%，是原土的近两倍。

用十八胺聚氧乙烯醚双季铵盐和十二烷基硫酸钠双子表面活性剂对钠基膨润土进行改性。亚甲基蓝的去除率达到99.73%，吸附量达到74.8mg/g，层间距增加到3.74nm

6.膨润土的无机改性

膨润土无机改性的原理是利用膨润土的膨胀性和层间阳离子可交换性的特点，使无机金属阳离子水解生成的金属羟基阳离子进入膨润土层间，取代可交换阳离子，从而得到无机改性膨润土。

天然膨润土经过无机改性后，层间距明显增大，比表面积也增大，吸附效果明显提高。常用的无机改性剂有三氯化铝、三氯化铁、四氯化钛等。

研究表明:

以三氯化铝和氢氧化钠为原料制备了Al3柱撑剂，并对钠基膨润土进行了改性。结果表明，当反应温度为90℃，柱化时间为90min，柱化剂与土壤的比例为10mmol/g时，所制备的Al3柱化剂的溶胀层间距最大。XRD结果显示层间距测试d(001)=1.831nm，但未改性膨润土为钠。

用0.5mol/L三氯化铁作为无机改性剂对提纯后的钠基膨润土进行改性。结果表明，载铁膨润土对铀的去除率可达91.8%，吸附容量达1.18 mmol/g，具有良好的再生性能，可重复使用多次。

7.膨润土的无机/有机复合改性

膨润土无机/有机复合改性的原理是利用膨润土层间间隙大和阳离子可交换性的特点。先用无机聚合物扩大膨润土的层间域，再用活化剂改变膨润土的表面性质。常见的制备方法是先用多羟基阳离子处理膨润土，使膨润土的层间畴增大，产生电荷反转，然后加入有机表面活性剂改变其表面性质。

研究表明:

用NaOH和Al2(SO4)3制备了柱撑剂，并用该柱撑剂对膨润土进行了无机改性。然后，将十六烷基三甲基溴化铵溶液缓慢加入到无机改性膨润土中，过滤、洗涤、干燥，在140℃活化1h。无机/有机复合改性膨润土对染料废水(MO)具有良好的吸附效果，可有效应用于染料废水的吸附处理。

8.膨润土改性的重点研究方向

目前，国内外对膨润土的改性大多还处于实验室研究阶段，投入实际工业应用的很少。今后膨润土改性的重点研究方向如下:

(1)研究如何提高膨润土对特定污染物的吸附能力和选择性。

(2)开发再生性和重复性好的膨润土，减少对自然环境的二次污染。

(3)根据市场需求，开发膨润土新的应用领域，同时扩大膨润土在环保、化工、核工业、医药、石油、造纸等领域的应用，提高膨润土的附加值和经济效益。