凹凸棒石（又稱坡縷石，palygorskite）是一種含水富鎂鋁的硅酸鹽黏土礦物，具有2:1型鏈層狀結構，屬于海泡石族。凹凸棒石晶體呈棒狀，單根晶體的直徑為20-70nm，長度為0.5-5μm。
　　凹凸棒石晶體的基本結構單元是由平行于c軸的硅氧四面體雙鏈組成，鏈中硅氧四面體自由氧原子的指向（即硅氧四面體的角頂）每四個一組，上下交替排列。頂點氧原子分別指向（010）和（100）晶面方向，與Mg（II）、Al（III）等八面體組成離子進行配位，形成由連續的四面體層和不連續的八面體層組成的、沿（001）方向無限延伸的2:1型鏈層單元，其中四面體基平面之間距離約為0.66nm，與云母中四面體結構相類似。各鏈層單元通過Si–O–Si鍵連接，形成截面尺寸為0.37nm×0.64nm的沸石狀孔道。

▲（a）凹凸棒石晶體沿（001）方向投影的結構圖，中心方框圈出部分為一個基本鏈層單元；（b）凹凸棒石的基本結構參數

　　凹凸棒石晶體的理論結構式為Si8Mg5O20（OH）2（H2O）4•4H2O，其八面體位置都被Mg（II）占據，是典型的三八面體礦物。然而，由于類質同晶取代現象，一些三價陽離子如Al（III）和Fe（III）部分取代了八面體位置上的Mg（II），形成二八面體或二/三八面體過渡結構。因此，實際產出凹凸棒石的結構式與理論晶體結構式存在一定差異。
　　Drits等在Bradley 1940年提出的晶體結構模型基礎上，根據離子類質同晶替代和電荷平衡關系提出了較合理的凹凸棒石晶體結構式：
 

Mg₅-Y-ZR₃＋Y□Z（Si₈-XR^3＋X）O₂₀（OH）₂（OH₂）₄E²⁺_{（X-Y＋2Z）/2}（H₂O）₄

 
　　其中，R^3＋代表Al（III）、Fe（III），□代表八面體空位，E^2＋代表可交換陽離子。
　　Gionis等和Chryssikos等認為凹凸棒石八面體層M2位置的Al（III）可被Mg（II）取代，此時晶體中的Mg（II）過量，就會在晶體結構中產生三八面體區域，依此提出了更復雜的凹凸棒石晶體結構式：
 

yMg₅Si₈O₂₀（OH）₂（1_y）[xMg₂Fe₂（1）Mg₂Al₂]Si₈O₂₀（OH）₂

　　其中y表示三八面體部分，x表示占據二八面體部分中M2位置Fe的含量。
　　不同價態金屬離子類質同晶取代的結果使凹凸棒石帶有結構負電荷，同時天然凹凸棒石中結構缺陷和表面殘缺價鍵的存在使其具有表面負電荷，因而表現出一定的膠體和吸附性能。為了補償這些負電荷，凹凸棒石晶體孔道內或棒晶表面還存在可交換陽離子，使凹凸棒石具有表面雙電層和一定的陽離子交換容量（30-40meq/100g）。因此，凹凸棒石表現出優異的膠體、吸附、載體和補強性能。
　　凹凸棒石獨特的棒晶形貌和孔道結構，使其具有優異的吸附性能、膠體性能、載體性能和補強性能，廣泛用于寵物墊料、脫色劑、干燥劑、有機分子吸附劑、重金屬廢水和放射性物質吸附劑、霉菌毒素吸附劑、藥物和生物工程、鉆井泥漿、增稠劑、催化材料、顏料、橡膠和塑料復合材料、環氧樹脂、摩擦材料等領域。
　　凹凸棒石的研究和開發始于20世紀初，規?；瘧檬加?0世紀80年代。我國凹凸棒石研始于20世紀80年代初，2000年前后實現工業化應用。近年來，中國成為凹凸棒石研發的主力軍，每年發表的凹凸棒石SCI論文占該領域發表論文總數的60%以上，在凹凸棒石棒晶束解離、凹凸棒石結構調控和凹凸棒石功能材料研發等方面已形成國際影響力。
 
來源：凹凸棒石：從礦物材料到功能材料，作者：王文波等
編輯整理：粉體技術網
 

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