蒙脱石基环境功能材料与重金属污染修复

本书介绍了蒙脱石的矿物学特性、结构特征及其环境应用，阐述了蒙脱石基环境功能材料的制备方法及其在重金属污染土壤、水体修复中的应用与作用机理，并展示了巯基功能化蒙脱石在汞污染水体吸附修复、汞污染土壤固定化/稳定化修复和土壤-水稻系统汞污染的钝化阻控三个方面的案例。本书可供环境功能材料开发和重金属污染技术研发等相关领域的研究人员使用，适合环境科学与工程、材料科学、农业科学等相关专业师生阅读和参考。

裴鹏刚，长治学院生命科学系。近年来，主持国家自然科学金青年项目1项、山西省基础研究计划青年项目1项、山西省高等学校科技创新项目1项，参与国家自然科学基金面上项目1项、山西省基础研究计划项目1项、长治市重点研发项目1项。先后在《Science of the Total Environment》《Land Degradation & Development》《Applied Clay Science》《Chemosphere》《生态与农村环境学报》等期刊发表论文10余篇，其中SCI论文8篇。担任《三峡生态环境监测》期刊首届青年编委。指导学生获得第九届山西省“互联网+”大学生创新创业大赛银奖、第五届全国大学生市政环境类创新实践能力大赛化验赛二等奖。
焦海华，长治学院生命科学系。
孙约兵，农业农村部环境保护科研监测所。

第1章 黏土矿物蒙脱石 1
1.1 黏土矿物蒙脱石的基本性质 3
1.1.1 物理性质 3
1.1.2 化学性质 4
1.2 黏土矿物蒙脱石的结构特征 5
1.2.1 表面形貌与孔隙结构 5
1.2.2 晶体结构与红外特征 5
1.2.3 热重分析与Zeta 电位 7
1.3 黏土矿物蒙脱石的环境应用 8
1.3.1 土壤改良与污染修复 8
1.3.2 水质净化与污染治理 11
1.3.3 环境催化 13
1.3.4 其他领域 14
参考文献 15

第2章 重金属污染概述 17
2.1 重金属污染与危害 17
2.1.1 重金属污染的特点 17
2.1.2 重金属的毒性 18
2.1.3 重金属污染的危害 20
2.2 土壤重金属污染与修复 23
2.2.1 土壤重金属污染现状 23
2.2.2 土壤重金属污染来源 26
2.2.3 土壤重金属修复技术 28
2.3 水体重金属污染与修复 37
2.3.1 污染现状 37
2.3.2 污染来源 38
2.3.3 修复技术 40
参考文献 47

第3章 蒙脱石基环境功能材料的制备 50
3.1 无机改性 51
3.1.1 煅烧 51
3.1.2 无机柱撑 54
3.1.3 酸活化 56
3.1.4 离子交换 59
3.1.5 多孔异构 60
3.1.6 负载型 61
3.2 有机改性 62
3.2.1 阳离子表面修饰 63
3.2.2 有机硅烷改性 66
3.3 复合改性 70
3.3.1 无机-有机复合改性 70
3.3.2 有机-无机复合改性 74
3.3.3 聚合物改性 74
3.4 改性蒙脱石的应用优势 75
参考文献 77

第4章 蒙脱石基环境功能材料与土壤重金属污染修复 79
4.1 场地土壤重金属的稳定化修复 80
4.1.1 矿区重金属污染土壤修复 82
4.1.2 工业区重金属污染土壤修复 84
4.1.3 模拟重金属污染土壤修复 86
4.2 农田土壤重金属的钝化修复 89
4.2.1 稻田土壤重金属污染修复 90
4.2.2 菜地土壤重金属污染修复 95
4.2.3 盐渍化土壤重金属污染修复 97
参考文献 98

第5章 蒙脱石基环境功能材料与水体重金属污染治理 100
5.1 重金属吸附性能 102
5.1.1 活化蒙脱石 102
5.1.2 无机改性蒙脱石 105
5.1.3 有机改性蒙脱石 107
5.1.4 复合改性蒙脱石 111
5.2 吸附性能影响因素 113
5.2.1 初始pH 值 113
5.2.2 材料添加量 113
5.2.3 共存阳离子 115
5.2.4 吸附温度 116
参考文献 116

第6章 蒙脱石基环境功能材料吸附修复水体汞污染案例 119
6.1 材料与方法 122
6.1.1 供试材料 122
6.1.2 材料制备与表征 122
6.1.3 批处理吸附实验 124
6.1.4 质量控制 126
6.2 功能材料的吸附性能 126
6.2.1 吸附动力学特征 126
6.2.2 吸附等温线特征 129
6.3 吸附影响因素 131
6.3.1 不同初始pH 值 131
6.3.2 共存离子 133
6.3.3 天然有机质 134
6.4 吸附机理揭示 135
6.4.1 材料表征 135
6.4.2 吸附机理 142
6.4.3 DFT 计算 145
6.5 不同巯基功能化方法比较 147
6.6 主要结论 148
参考文献 149

第7章 蒙脱石基环境功能材料固定化/稳定化修复土壤汞污染案例 152
7.1 材料与方法 152
7.1.1 材料制备 152
7.1.2 实验设计 153
7.1.3 分析方法 155
7.2 模拟汞污染土壤的固定化修复潜力 157
7.2.1 修复材料的表面形貌与结构特征 157
7.2.2 修复材料对Hg2+ 的吸附固定性能 164
7.2.3 修复材料对Hg 污染土壤的固定化修复性能 165
7.2.4 修复材料对Hg 污染土壤的固定化修复机理 168
7.2.5 小结 170
7.3 汞污染水稻土壤的稳定化修复潜力 170
7.3.1 土壤中有效态Hg 含量 171
7.3.2 土壤中Hg 赋存形态 173
7.3.3 土壤理化性质 174
7.3.4 土壤细菌群落 0 Tz1 0 0176
7.3.5 小结 185
参考文献 185

第8章 蒙脱石基环境功能材料钝化修复土壤-水稻系统汞污染案例 187
8.1 材料与方法 189
8.1.1 土壤改良剂的制备与表征 189
8.1.2 盆栽实验设计 190
8.1.3 样品分析测定 191
8.1.4 质量控制和统计分析 193
8.2 土壤改良剂表征 193
8.3 土壤汞的钝化效应 195
8.3.1 土壤中有效态汞含量 195
8.3.2 土壤中甲基汞含量 197
8.4 水稻籽粒中总汞和甲基汞的阻控效应 198
8.4.1 稻米中总汞与甲基汞含量 198
8.4.2 植物生长和生物量 199
8.5 稻米健康风险评估 202
8.6 钝化修复机理 204
8.6.1 土壤中的汞组分 204
8.6.2 土壤汞循环功能基因 205
8.6.3 土壤微生物 207
8.7 土壤改良效应 213
8.7.1 土壤理化性质 213
8.7.2 土壤酶活性 216
8.7.3 Pearson 相关分析 217
8.8 主要结论 218
参考文献 219