埃洛石納米管的疏水改性及其復合材料的研究進展

曾 麗，韻勤柏，魯啟鵬?，曹文斌

1) 北京科技大學材料科學與工程學院，北京 100083 2) 香港城市大學化學系，香港 999077

隨著材料制備途徑和工藝的不斷創新，黏土復合材料已成功應用于生物醫學、汽車、石油和廢水處理等領域[1-5]. 在設計和合成黏土復合材料時，不僅需要考慮黏土的化學成分，還需要考慮黏土的粒徑、形貌和表面電荷等因素[6-7]. 埃洛石納米管(Halloysite nanotubes, HNTs)是一種管狀硅鋁酸鹽黏土，具有較大的比表面積、納米管狀結構以及良好的生物相容性[8-9]；同時，由于HNTs內外表面化學成分（外表面由Si-O構成，內腔的表面由Al-OH構成）和電荷性質（內表面帶正電，外表面帶負電）不同，經過修飾后，可用于疏水涂料的制備、油水分離、催化、藥物釋放等領域[10-16].

本文綜述了表面疏水改性HNTs復合材料的研究進展. 首先，介紹了基于HNTs的疏水結構設計理論；綜述了HNTs的表面進行疏水改性得到的復合材料在疏水表面、油水分離和化學物質的裝載及釋放方面的應用；最后，對埃洛石基疏水材料的研究進行了展望.

1 基于埃洛石的疏水結構設計理論

埃洛石最常見的形態為管狀（圖1（a）），長度通常為 1～2 μm，外徑為 50～100 nm，內徑為 10～50 nm[17-18]. 其由層狀硅鋁酸鹽礦物組成，分子式為Al2SiO2(OH)4·nH2O，構成單元為Si-O四面體和Al-OH八面體（圖1（b）），不同的層通過四面體中O原子和八面體中OH基團之間形成的氫鍵相互連接[19-20]. 由于不同組成的層間存在應力，層狀結構卷曲后形成管狀[21-23].

圖1 HNTs形態圖（a）（內表面為 Al-OH層（綠色），外表面為 Si-O層（紅色））；HNTs的晶體結構示意圖（b）；HNTs內表面的選擇性修飾（c）；HNTs（紫色）、二氧化硅（藍色）和氧化鋁（紅色）納米顆粒的ζ電位比較（d）；……