(中國粉體技術網/班建偉)海泡石是一種富鎂的纖維狀硅酸鹽粘土礦物,是近代用途較廣泛、應用領域擴展較迅速的礦產之一。據國內外資料統計:海泡石的用途已達到130 多種,不僅在工業、農牧業中廣為應用,而且在現代科學技術領域和國防工業的用途也正在迅速擴大,并出現了一些新的特殊用途,如宇航飛行、人造衛星、月球演化等領域。
海泡石本身的特殊結構決定了它具有3種特性,即吸附性、流變性和催化性。而所有這些性能均可通過加工處理進行改善。海泡石的吸附能力使其成為極有價值的漂白劑、凈化劑、過濾劑、工業劑、廢油吸附回收劑以及醫藥、農藥載體;流變性使其成為有價值的增稠劑、懸浮劑、觸變劑以及各色各樣的化妝品、牙膏、肥皂、油漆、涂料等;催化劑性質可用于加氫、氧化、裂解、異構化、聚合等催化反應。
1 用作吸附劑
由于海泡石具有很強的吸附能力,所以是一種常用的吸附劑。宋秀芹等研究了海泡石對幾種蔬菜汁的澄清作用。使用海泡石作為澄清劑,不僅可以保持原菜汁的天然風味,而且澄清效果好,所得到的澄清菜汁是一個穩定的熱力學體系,不會再出現渾濁沉淀這種影響果汁產品感官質量的現象。海泡石含量越高,澄清速度越快。
如用0. 1 %的海泡石澄清需要3h ,用0.3 %的海泡石溶液澄清只需要1.5h ,而且相同量的海泡石對黃瓜汁、萵筍汁、西葫蘆汁、卷心菜汁的澄清速度是相近的(表3) 。這說明海泡石對各種蔬菜汁的澄清作用機理可能是相同的。即通過海泡石的吸附活性中心,降低了菜汁中膠體顆粒的電位,同時海泡石表面的極性基團與菜汁中懸浮顆粒之間的橋聯作用,使單個的懸浮顆粒形成一種整體的絮凝體,從而達到澄清的目的。
表1 海泡石對不同菜汁的澄清作用
2 用作催化材料
天然粘土礦物作為催化材料有很長的歷史,并且開發新的粘土催化材料一直為人們所重視。由于海泡石具備作催化劑載體的良好條件,因此工業上常用它作為活性組分Zn,Cu,Mo,W,Fe,Ca 和Ni 的載體,用于脫金屬、瀝青以及加氫脫硫或加氫裂化等過程,而且也可通過海泡石的改性使之適用于各類催化反應。
近年來國內外有不少學者以海泡石為材料,研究了其在加氫、氧化、裂解、異構、聚合等催化反應中的作用。曹聲春等研究了以海泡石為載體,應用于苯加氫、苯氧化等反應。他將Ni-海泡石用于苯加氫反應,發現它的催化活性、穩定性和抗硫性等都優于現代工業用的Ni-Al2O3催化劑,活性溫度由原來的130~180℃拓寬到95~230℃,液苯空速由1.2 h-1提高到15h-1,耐熱性明顯改善,抗毒性增強了3倍,使用壽命由1.5 年延長至4.4 年,苯轉化率高達100 % ,環己烷收率99. 9 %以上,具有很好的應用前景。對此他認為,由于MgO 和Al2O3生成鎂鋁尖晶石,MgO 和SiO2 形成輝石,Ni 與MgO 形成固溶體,Ni 與Al2O3 生成鋁鎳尖晶石,所以其強度和穩定性大大提高,又由于Ni-海泡石中含有鎂離子,更易與硫形成硫酸鎂和硫化鎂,從而減少了鎳的中毒,也就延長了催化劑的使用壽命。
江奇等用Ni,Ru,Fe,Co負載在海泡石上,發現在該催化劑上CO2 加氫反應的活性和選擇性都比以SiO2 和Al2O3為載體的催化劑要高。這主要是因為海泡石是一種含有Mg,Ca 的Al2O3 及SiO2的混合體,而存在于Al2O3 及SiO2 載體中的Mg,Ca 等能改變載體上金屬的存在狀態及分散度,從而改善催化劑的性能。這是海泡石性能優于Al2O3 及SiO2 的重要原因。
3 用于牙膏、化妝品方面
海泡石具有增稠性和觸變性,且吸附能力強。因此,很適用于化妝品,并能適當提高粘度和懸浮性、保稠性、保濕性、潤滑性等,連同上述的吸附性能,便能增強化妝品、護膚品的附著力,以及不裂、不脫、滅菌性能,在牙膏中可以代替部分磨耗物,吸附細菌。
4 用于塑料、溶膠、聚酯、油漆、油脂增稠劑等
海泡石具有流變性和高粘度的懸浮性,改善它的親水面可在非極性溶劑中形成穩定的懸浮液。因此,海泡石適用于做塑料溶膠中的增稠劑,產生的效果可與其它觸變劑如有機膨潤土和熱解SiO2 相比。
用表面活性劑改善海泡石的親水面,使其與聚酯相適應,作為增稠劑和觸變劑用在液態聚酯樹脂中,可防止顏料沉淀和應用后期聚酯樹脂均質差。在油漆中加入一定量的海泡石,可使其在儲存期間避免顏料沉淀。由于其粘度特性,易于使用刷子、滾筒、空氣式真空噴涂設備,它還能以顏料的體積、濃度而產生遮蔽力,因而具有良好的光澤、去污和抗摩擦、抗彎曲性,以及抗流淌性、平滑性和熱穩定性,而且霉菌不易生長,粘性也不會因硬水和溫度的影響而改變。此外,活化改性海泡石,也可作為具有有機載體油漆的增稠劑和觸變劑。
海泡石用于礦物油脂中,能充分分散在油脂中以提高油脂的粘度,經表面活性劑處理后,在w= 1.5 %青酮和礦物酮與w = 50 %聚丁烯的混合物中,也能分散形成高粘度的油脂。
5 取代石棉,廣泛應用于保溫、隔熱、絕緣、隔音工業及磨擦材料工業中
用海泡石形成的涂敷性保溫材料,因其具有導熱性低,保溫性能好,熱損失低,強度高的特性,且無毒、無污染、耐油、耐堿、耐腐蝕,還能防火、防燃、附著力強、不易裂縫等性能。此外,海泡石保溫材料還具有用量少、涂料薄,對管道可直接涂敷,不用捆扎的特點,因而施工方便,且降低成本,節省能耗。目前,全國很多保溫、密封材料廠都注重了海泡石的特殊保溫節能方面的應用。
在摩擦材料中加入海泡石膠體代替石棉作增強基料,可使其具有韌性好,抗拉和抗彎度大,沖擊強度高,抗高溫衰退性好,磨損小,特別是高溫磨損小。此外,密度比石棉摩擦片小,剎車無噪音,無致癌物,無污染,且能降低成本,提高質量。
6 用于洗滌及漂洗劑、脫色劑、助濾劑、抗膠凝劑等
用海泡石取代高達30 %的脂肪酸制成肥皂,可提高肥皂的洗滌率,與蒙脫土和高嶺土比,不僅提高清洗的質量和去污垢的能力,而且可以提高最終的白度和吸附細菌,使紡織物上或洗滌水中的細菌達到極低的程度。此外,用海泡石作基料配制成的漿料,除有上述優點外,并還能節約大批糧食及大幅度降低成本。
海泡石具有巨大的表面積和多微孔結構,以及存在著吸附和化學吸附作用。因此,它具有優良的脫色特性,繼而在石蠟、油脂、礦物油和植物油脫色過程中,常被用作脫色劑、中和劑、除臭劑和脫水劑。又由于其表面上可產生吸附和半吸附作用,因此在提高其表面積比例時能滯流各種流體,作抗膠凝劑和自流劑,可控制混合物的濕度或覆蓋液化制品的表面。海泡石的吸附性以及顆粒的特殊狀態,產生多孔的不規則網層結構,使其具有過濾能力,所以,作助濾劑是非常適用的。在葡萄糖的產生過程中,連同它的脫色性,又可作為澄清劑。
7 用于香煙過濾咀、飼料添加劑、粘結劑和載體
煙草的煙霧是由大量的微液滴組成的,它以懸浮氣態存在?;钚蕴坎牧蠟V咀,能不加選擇的吸附煙的氣態物。若用海泡石和活性炭作香煙濾咀,就能有選擇的吸附香煙中的整個氣態物,即優先吸附有害氣態物,對香煙草味的弱極性氣體吸附得很少,從而使香煙的香味更濃。目前海泡石用于香煙濾咀,已通過湖北省建材總公司鑒定,質量已達到國內同類產品的先進水平。海泡石還以其獨特的吸附性、自由流動、抗膠凝性、化學惰性和無毒性,使其能以各種粒狀形式用于動物飼料。
(1) 生長促進劑:海泡石作為動物飼料,可提高飼料的利用率,也可以防止氨引起的中毒和慢性疾病,控制中毒或特殊氨產生的腹瀉,以及其吸附性能殺滅腸胃內的細菌等。
(2) 添加劑載體:海泡石用作微粒配合飼料的載體,可使添加劑均質化,保持穩定性,腸吸附不受影響,且自流性和抗凝性又便于產品的包裝、運輸和儲藏。另據有關專家試驗,海泡石礦物飼料添加劑還有巨大的除毒效果,特別是對動物服用過量的微量元素,不脫毒的棉子餅和霉變玉米中毒等有明顯解毒、防毒效果。
8 用于醫藥、農藥載體
由于海泡石有大的活化性表面,在其表面上可保留活性物質,因此,它可作為氧化降解作用的藥物賦形劑。同樣,它的有利吸附特性,也可作腹瀉治療中吸附腸胃毒素、細菌和粘液的吸附劑。此外,它的成膠性使其涂于腸和胃壁上而保護腸胃粘膜,同時也能控制pH值,繼而又是治療胃酸過多的抗酸藥品在高度活性的化學殺蟲劑中,使用海泡石作載體,它的化學惰性使其具有穩定性,大的表面積可吸附低熔點的液體或固態霉素,而不失去其自由流動的特點,且在水中容易釋放出活性化學劑。此外,海泡石本身也具有殺蟲作用,此效應是由于對昆蟲外表面的磨蝕,以及對昆蟲類脂化物和水的吸附作用,導致昆蟲的迅速死亡。
綜上所述,海泡石是一種具有類似綠坡縷石結構的板條狀富鎂的粘土礦物,它的八面體位置大部分被鎂所填充。由于海泡石具有巨大的比表面和獨特的孔結構,海泡石的用途十分廣泛,尤其是在吸附和催化方面。用改性海泡石作為吸附劑和催化劑載體具有巨大的應用潛力。在環保領域中,由于其比表面僅次于活性炭,而其價格卻十分低廉,因此海泡石作為環境保護中的吸附劑和催化劑載體具有廣闊的應用前景。
在這方面,國內外學者對海泡石的研究尚屬發展階段。另外,稀土元素在海泡石上的應用研究較缺乏,尤其是國內尚屬空白。而且盡管一些學者對海泡石的改性及其催化性質作了一些研究,但是改性海泡石的表面性質、結構與催化性能的關系尚不清楚,海泡石的作用機理不夠深入和明確。在以海泡石為載體的催化劑中,海泡石載體、活性組分和助劑之間的關系尚不明確。因此,對海泡石進行深入和系統的研究就顯得十分必要。
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