在全球化工业化和城市化的进程中，因采矿、冶炼、电镀、施肥、灌溉等工农业活动和岩石风化、火山喷发等自然地质活动，重金属元素进入土壤和水体，造成的污染问题日益凸显，不仅严重破坏生态系统的平衡与稳定，而且造成经口摄入、吸入和皮肤接触重金属暴露风险，对人类健康构成威胁。土壤和水体环境作为经济与社会可持续发展的物质基础，其保护与修复工作对于推进生态文明建设和维护国家生态安全具有重要意义。固定化修复和吸附修复是当前土壤和水体重金属污染修复较为成熟和广泛的应用技术，具有成本低、可操作性强等优点，随着《土壤污染防治行动计划》《水污染防治行动计划》的实施推行，高效、经济、环保的重金属污染修复功能材料与技术研发显得尤为急迫和重要。
蒙脱石作为自然界广泛存在的黏土矿物，相较于生物质炭、金属氧化物、纳米材料、金属有机框架等环境材料，具有显著的独特优势，如成本低廉、来源广泛，独特的层状结构、巨大的比表面积、可交换的层间阳离子、丰富的表面活性位点以及环境友好属性，因而在重金属污染修复领域展现出卓越的性能与潜力。以蒙脱石为基体材料，通过无机改性、有机改性和复合改性等手段构建蒙脱石基环境功能材料，能够大幅提升材料对重金属离子的高效吸附、稳定固化与选择性去除性能。
本书汇聚了国内外蒙脱石基环境功能材料在重金属污染修复领域的前沿理论、技术方法与实践案例，系统梳理了蒙脱石的基础特性、改性策略、作用机制及工程应用，以及本书著者在蒙脱石基环境功能材料制备及其环境修复应用方面所作的探索，旨在为从事环境修复研究的科研工作者、致力于污染治理的工程技术人员，以及相关专业师生提供全面、权威的参考资料。希望本书的出版，能为推动蒙脱石基环境功能材料的创新发展、加速重金属污染修复技术的实际应用贡献力量，助力守护绿水青山，建设人与自然和谐共生的美丽中国。
本书共分为8章：第1章介绍了黏土矿物蒙脱石的基本性质、结构特征和环境应用；第2章介绍了重金属污染与危害，分别阐述了土壤和水体重金属污染现状、来源和修复技术；第3章介绍了蒙脱石基环境功能材料的常见制备方法；第4章介绍了蒙脱石基环境功能材料在场地、农田土壤重金属污染修复方面的应用；第5章介绍了蒙脱石基环境功能材料吸附修复水体重金属污染的性能与影响因素；第6章介绍了巯基功能化蒙脱石在水体汞和甲基汞吸附方面的性能与机理；第7章介绍了巯基功能化蒙脱石对土壤汞污染的固定化/稳定化修复潜力与机理；第8章介绍了巯基功能化蒙脱石对土壤-水稻系统汞污染的钝化修复效应与水稻籽粒汞积累的阻控效应。
全书由裴鹏刚、焦海华、孙约兵负责撰写，参与本书资料收集与整理工作的还有孙涛、贾铭杨、杨忠丽等博士和硕士研究生。本书的研究成果主要基于国家自然科学基金面上项目聚合物/纳米粘土材料对重金属钝化修复机制及其生态环境效应研究（31971525）、国家自然科学基金青年项目绿色合成巯基化蒙脱石对稻田土壤总汞和甲基汞协同钝化机制研究（42307056），也包含了山西省应用基础研究计划青年项目巯基煤矸石制备及其对设施土壤重金属污染修复与土壤碳库影响机制研究（202303021222270）、山西省高等学校科技创新计划项目改性煤矸石物化结构特征及重金属吸附性能研究（2023L329）、长治学院太行学者攀登人才等项目的部分成果，特此感谢。
特别感谢中关村众信土壤修复产业技术创新联盟（土盟）理事长、中国矿业大学（北京）黄占斌研究员为本书作序。
限于著者编写时间和水平，书中难免有不足和疏漏之处，我们殷切希望广大读者和有关专家对本书提出批评指正。
著者
2025年6月
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
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