本書介紹了蒙脫石的礦物學(xué)特性、結(jié)構(gòu)特征及其環(huán)境應(yīng)用，闡述了蒙脫石基環(huán)境功能材料的制備方法及其在重金屬污染土壤、水體修復(fù)中的應(yīng)用與作用機(jī)理，并展示了巰基功能化蒙脫石在汞污染水體吸附修復(fù)、汞污染土壤固定化/穩(wěn)定化修復(fù)和土壤-水稻系統(tǒng)汞污染的鈍化阻控三個(gè)方面的案例。本書可供環(huán)境功能材料開發(fā)和重金屬污染技術(shù)研發(fā)等相關(guān)領(lǐng)域的研究人員使用，適合環(huán)境科學(xué)與工程、材料科學(xué)、農(nóng)業(yè)科學(xué)等相關(guān)專業(yè)師生閱讀和參考。
在全球化工業(yè)化和城市化的進(jìn)程中，因采礦、冶煉、電鍍、施肥、灌溉等工農(nóng)業(yè)活動(dòng)和巖石風(fēng)化、火山噴發(fā)等自然地質(zhì)活動(dòng)，重金屬元素進(jìn)入土壤和水體，造成的污染問題日益凸顯，不僅嚴(yán)重破壞生態(tài)系統(tǒng)的平衡與穩(wěn)定，而且造成經(jīng)口攝入、吸入和皮膚接觸重金屬暴露風(fēng)險(xiǎn)，對人類健康構(gòu)成威脅。土壤和水體環(huán)境作為經(jīng)濟(jì)與社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，其保護(hù)與修復(fù)工作對于推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)和維護(hù)國家生態(tài)安全具有重要意義。固定化修復(fù)和吸附修復(fù)是當(dāng)前土壤和水體重金屬污染修復(fù)較為成熟和廣泛的應(yīng)用技術(shù)，具有成本低、可操作性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，隨著《土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃》《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》的實(shí)施推行，高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的重金屬污染修復(fù)功能材料與技術(shù)研發(fā)顯得尤為急迫和重要。
蒙脫石作為自然界廣泛存在的黏土礦物，相較于生物質(zhì)炭、金屬氧化物、納米材料、金屬有機(jī)框架等環(huán)境材料，具有顯著的獨(dú)特優(yōu)勢，如成本低廉、來源廣泛，獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)、巨大的比表面積、可交換的層間陽離子、豐富的表面活性位點(diǎn)以及環(huán)境友好屬性，因而在重金屬污染修復(fù)領(lǐng)域展現(xiàn)出卓越的性能與潛力。以蒙脫石為基體材料，通過無機(jī)改性、有機(jī)改性和復(fù)合改性等手段構(gòu)建蒙脫石基環(huán)境功能材料，能夠大幅提升材料對重金屬離子的高效吸附、穩(wěn)定固化與選擇性去除性能。
本書匯聚了國內(nèi)外蒙脫石基環(huán)境功能材料在重金屬污染修復(fù)領(lǐng)域的前沿理論、技術(shù)方法與實(shí)踐案例，系統(tǒng)梳理了蒙脫石的基礎(chǔ)特性、改性策略、作用機(jī)制及工程應(yīng)用，以及本書著者在蒙脫石基環(huán)境功能材料制備及其環(huán)境修復(fù)應(yīng)用方面所作的探索，旨在為從事環(huán)境修復(fù)研究的科研工作者、致力于污染治理的工程技術(shù)人員，以及相關(guān)專業(yè)師生提供全面、權(quán)威的參考資料。希望本書的出版，能為推動(dòng)蒙脫石基環(huán)境功能材料的創(chuàng)新發(fā)展、加速重金屬污染修復(fù)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用貢獻(xiàn)力量，助力守護(hù)綠水青山，建設(shè)人與自然和諧共生的美麗中國。
本書共分為8章：第1章介紹了黏土礦物蒙脫石的基本性質(zhì)、結(jié)構(gòu)特征和環(huán)境應(yīng)用；第2章介紹了重金屬污染與危害，分別闡述了土壤和水體重金屬污染現(xiàn)狀、來源和修復(fù)技術(shù)；第3章介紹了蒙脫石基環(huán)境功能材料的常見制備方法；第4章介紹了蒙脫石基環(huán)境功能材料在場地、農(nóng)田土壤重金屬污染修復(fù)方面的應(yīng)用；第5章介紹了蒙脫石基環(huán)境功能材料吸附修復(fù)水體重金屬污染的性能與影響因素；第6章介紹了巰基功能化蒙脫石在水體汞和甲基汞吸附方面的性能與機(jī)理；第7章介紹了巰基功能化蒙脫石對土壤汞污染的固定化/穩(wěn)定化修復(fù)潛力與機(jī)理；第8章介紹了巰基功能化蒙脫石對土壤-水稻系統(tǒng)汞污染的鈍化修復(fù)效應(yīng)與水稻籽粒汞積累的阻控效應(yīng)。
全書由裴鵬剛、焦海華、孫約兵負(fù)責(zé)撰寫，參與本書資料收集與整理工作的還有孫濤、賈銘楊、楊忠麗等博士和碩士研究生。本書的研究成果主要基于國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目聚合物/納米粘土材料對重金屬鈍化修復(fù)機(jī)制及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)研究（31971525）、國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目綠色合成巰基化蒙脫石對稻田土壤總汞和甲基汞協(xié)同鈍化機(jī)制研究（42307056），也包含了山西省應(yīng)用基礎(chǔ)研究計(jì)劃青年項(xiàng)目巰基煤矸石制備及其對設(shè)施土壤重金屬污染修復(fù)與土壤碳庫影響機(jī)制研究（202303021222270）、山西省高等學(xué)�？萍紕�(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目改性煤矸石物化結(jié)構(gòu)特征及重金屬吸附性能研究（2023L329）、長治學(xué)院太行學(xué)者攀登人才等項(xiàng)目的部分成果，特此感謝。
特別感謝中關(guān)村眾信土壤修復(fù)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟（土盟）理事長、中國礦業(yè)大學(xué)（北京）黃占斌研究員為本書作序。
限于著者編寫時(shí)間和水平，書中難免有不足和疏漏之處，我們殷切希望廣大讀者和有關(guān)專家對本書提出批評指正。
著者
2025年6月
裴鵬剛，長治學(xué)院生命科學(xué)系。近年來，主持國家自然科學(xué)金青年項(xiàng)目1項(xiàng)、山西省基礎(chǔ)研究計(jì)劃青年項(xiàng)目1項(xiàng)、山西省高等學(xué)�？萍紕�(chuàng)新項(xiàng)目1項(xiàng)，參與國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目1項(xiàng)、山西省基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目1項(xiàng)、長治市重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目1項(xiàng)。先后在《Science of the Total Environment》《Land Degradation & Development》《Applied Clay Science》《Chemosphere》《生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào)》等期刊發(fā)表論文10余篇，其中SCI論文8篇。擔(dān)任《三峽生態(tài)環(huán)境監(jiān)測》期刊首屆青年編委。指導(dǎo)學(xué)生獲得第九屆山西省互聯(lián)網(wǎng) 大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽銀獎(jiǎng)、第五屆全國大學(xué)生市政環(huán)境類創(chuàng)新實(shí)踐能力大賽化驗(yàn)賽二等獎(jiǎng)。焦海華，長治學(xué)院生命科學(xué)系。孫約兵，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測所。
第1章 黏土礦物蒙脫石 1
1.1 黏土礦物蒙脫石的基本性質(zhì) 3
1.1.1 物理性質(zhì) 3
1.1.2 化學(xué)性質(zhì) 4
1.2 黏土礦物蒙脫石的結(jié)構(gòu)特征 5
1.2.1 表面形貌與孔隙結(jié)構(gòu) 5
1.2.2 晶體結(jié)構(gòu)與紅外特征 5
1.2.3 熱重分析與Zeta 電位 7
1.3 黏土礦物蒙脫石的環(huán)境應(yīng)用 8
1.3.1 土壤改良與污染修復(fù) 8
1.3.2 水質(zhì)凈化與污染治理 11
1.3.3 環(huán)境催化 13
1.3.4 其他領(lǐng)域 14
參考文獻(xiàn) 15
第2章 重金屬污染概述 17
2.1 重金屬污染與危害 17
2.1.1 重金屬污染的特點(diǎn) 17
2.1.2 重金屬的毒性 18
2.1.3 重金屬污染的危害 20
2.2 土壤重金屬污染與修復(fù) 23
2.2.1 土壤重金屬污染現(xiàn)狀 23
2.2.2 土壤重金屬污染來源 26
2.2.3 土壤重金屬修復(fù)技術(shù) 28
2.3 水體重金屬污染與修復(fù) 37
2.3.1 污染現(xiàn)狀 37
2.3.2 污染來源 38
2.3.3 修復(fù)技術(shù) 40
參考文獻(xiàn) 47
第3章 蒙脫石基環(huán)境功能材料的制備 50
3.1 無機(jī)改性 51
3.1.1 煅燒 51
3.1.2 無機(jī)柱撐 54
3.1.3 酸活化 56
3.1.4 離子交換 59
3.1.5 多孔異構(gòu) 60
3.1.6 負(fù)載型 61
3.2 有機(jī)改性 62
3.2.1 陽離子表面修飾 63
3.2.2 有機(jī)硅烷改性 66
3.3 復(fù)合改性 70
3.3.1 無機(jī)-有機(jī)復(fù)合改性 70
3.3.2 有機(jī)-無機(jī)復(fù)合改性 74
3.3.3 聚合物改性 74
3.4 改性蒙脫石的應(yīng)用優(yōu)勢 75
參考文獻(xiàn) 77
第4章 蒙脫石基環(huán)境功能材料與土壤重金屬污染修復(fù) 79
4.1 場地土壤重金屬的穩(wěn)定化修復(fù) 80
4.1.1 礦區(qū)重金屬污染土壤修復(fù) 82
4.1.2 工業(yè)區(qū)重金屬污染土壤修復(fù) 84
4.1.3 模擬重金屬污染土壤修復(fù) 86
4.2 農(nóng)田土壤重金屬的鈍化修復(fù) 89
4.2.1 稻田土壤重金屬污染修復(fù) 90
4.2.2 菜地土壤重金屬污染修復(fù) 95
4.2.3 鹽漬化土壤重金屬污染修復(fù) 97
參考文獻(xiàn) 98
第5章 蒙脫石基環(huán)境功能材料與水體重金屬污染治理 100
5.1 重金屬吸附性能 102
5.1.1 活化蒙脫石 102
5.1.2 無機(jī)改性蒙脫石 105
5.1.3 有機(jī)改性蒙脫石 107
5.1.4 復(fù)合改性蒙脫石 111
5.2 吸附性能影響因素 113
5.2.1 初始pH 值 113
5.2.2 材料添加量 113
5.2.3 共存陽離子 115
5.2.4 吸附溫度 116
參考文獻(xiàn) 116
第6章 蒙脫石基環(huán)境功能材料吸附修復(fù)水體汞污染案例 119
6.1 材料與方法 122
6.1.1 供試材料 122
6.1.2 材料制備與表征 122
6.1.3 批處理吸附實(shí)驗(yàn) 124
6.1.4 質(zhì)量控制 126
6.2 功能材料的吸附性能 126
6.2.1 吸附動(dòng)力學(xué)特征 126
6.2.2 吸附等溫線特征 129
6.3 吸附影響因素 131
6.3.1 不同初始pH 值 131
6.3.2 共存離子 133
6.3.3 天然有機(jī)質(zhì) 134
6.4 吸附機(jī)理揭示 135
6.4.1 材料表征 135
6.4.2 吸附機(jī)理 142
6.4.3 DFT 計(jì)算 145
6.5 不同巰基功能化方法比較 147
6.6 主要結(jié)論 148
參考文獻(xiàn) 149
第7章 蒙脫石基環(huán)境功能材料固定化/穩(wěn)定化修復(fù)土壤汞污染案例 152
7.1 材料與方法 152
7.1.1 材料制備 152
7.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 153
7.1.3 分析方法 155
7.2 模擬汞污染土壤的固定化修復(fù)潛力 157
7.2.1 修復(fù)材料的表面形貌與結(jié)構(gòu)特征 157
7.2.2 修復(fù)材料對Hg2 的吸附固定性能 164
7.2.3 修復(fù)材料對Hg 污染土壤的固定化修復(fù)性能 165
7.2.4 修復(fù)材料對Hg 污染土壤的固定化修復(fù)機(jī)理 168
7.2.5 小結(jié) 170
7.3 汞污染水稻土壤的穩(wěn)定化修復(fù)潛力 170
7.3.1 土壤中有效態(tài)Hg 含量 171
7.3.2 土壤中Hg 賦存形態(tài) 173
7.3.3 土壤理化性質(zhì) 174
7.3.4 土壤細(xì)菌群落 0 Tz1 0 0176
7.3.5 小結(jié) 185
參考文獻(xiàn) 185
第8章 蒙脫石基環(huán)境功能材料鈍化修復(fù)土壤-水稻系統(tǒng)汞污染案例 187
8.1 材料與方法 189
8.1.1 土壤改良劑的制備與表征 189
8.1.2 盆栽實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 190
8.1.3 樣品分析測定 191
8.1.4 質(zhì)量控制和統(tǒng)計(jì)分析 193
8.2 土壤改良劑表征 193
8.3 土壤汞的鈍化效應(yīng) 195
8.3.1 土壤中有效態(tài)汞含量 195
8.3.2 土壤中甲基汞含量 197
8.4 水稻籽粒中總汞和甲基汞的阻控效應(yīng) 198
8.4.1 稻米中總汞與甲基汞含量 198
8.4.2 植物生長和生物量 199
8.5 稻米健康風(fēng)險(xiǎn)評估 202
8.6 鈍化修復(fù)機(jī)理 204
8.6.1 土壤中的汞組分 204
8.6.2 土壤汞循環(huán)功能基因 205
8.6.3 土壤微生物 207
8.7 土壤改良效應(yīng) 213
8.7.1 土壤理化性質(zhì) 213
8.7.2 土壤酶活性 216
8.7.3 Pearson 相關(guān)分析 217
8.8 主要結(jié)論 218
參考文獻(xiàn) 219
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