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蛋白土的應用現狀研究綜述 |
來源:中國粉體技術網 更新時間:2015-09-17 10:47:13 瀏覽次數: |
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前言
蛋白土又稱蛋白石,是一種含水非晶質或膠質的活性二氧化硅,其主要化學組成為SiO2,含水量約為1%~14%,還含有少量的Fe2O3、Al2O3、MgO、CaO、K2O、Na2O和有機質等,因產地而異。蛋白土由細粒蛋白石組成,無硅藻,密度2.0g/cm3,質地較硬,莫氏硬度一般為5~5.5,含水量很少時,硬度可增至6。一般地,把SiO2納米微粒構成的土狀粉體稱為蛋白土,把SiO2納米微粒粘結在一起構成的塊體或介孔狀塊體稱為蛋白石。
世界上蛋白土的主要產出國是巴西、美國、墨西哥、澳大利亞和斯洛伐克。我國河南、陜西、云南、安徽、江蘇、黑龍江等地也有蛋白土產出。1983年北京大學任磊夫教授、黑龍江省地礦局高連奎工程師等在嫩江地區發現能釋放負離子的嫩江蛋白石輕質頁巖。長久以來,蛋白土被用作過濾材料和填料等,2002年李青山等相繼研制開發出蛋白土納米復合材料,負離子添加劑等。蛋白土經粉碎后,顆??蛇_微米級,具有較發達的納米級微孔,并且隨著其粒度的減小,比表面積增大,可有效提高其吸附性能。對蛋白土經過焙燒等處理,可以去除其間雜質,比表面積有顯著增加。
1. 蛋白土的應用
蛋白土的應用領域很廣,主要有以下幾方面用途:
(1)助濾劑和脫色吸附劑
助濾劑的過濾性能,主要與兩個因素有關。一個是其吸附性,另一個是其孔隙。蛋白土比表面積很大,具有很強的吸附性。它由極微小的蛋白土球體組成,具有較發育的孔隙,即:單個蛋白土自身的孔隙,一般為30~300Å;毛刺之間的孔隙,一般為100~400Å;蛋白土顆粒之間的孔隙,它們有的較大,有的較小,一般在零點幾至幾μm之間;蛋白土集合體的孔隙,它是最大的孔隙。由于這些特殊的性質,使蛋白土具有助濾劑的基本條件。用粉碎機將蛋白石巖粉碎至一定的粒度時,蛋白石巖顯示出高度的吸附性??晌铰然?、亞硝酸鹽、氰化物、Pb、Hg、As等有毒有害物質或元素,并具有較好的脫色和漂白性能。
李珩珠等通過粉碎,鍛煉與粒度配比等方法,改善蛋白土的吸附性與孔隙結構,并用它過濾啤酒原漿,并對過濾后啤酒進行檢測,細菌數為0~1個每毫升,色度由9.5降到6.5,濁度為0.41~0.46,各項指標均達到國家標準。
(2)紙漿漂白的穩定劑
在用H2O2漂白過程中,通常加入適量的Na2SiO3穩定劑用于緩沖溶液pH值,減少H2O2的無效分解。蛋白石的SiO2高,表觀密度小,這為蛋白石用作紙漿H2O2漂白的穩定劑奠定了基礎。
錢學仁等對改性蛋白石用作紙漿H2O2漂白穩定劑的可能性進行了考察,結果表明,紙漿H2O2漂白過程中采用改性蛋白石替代Na2SiO3作穩定劑是可行的。在工藝條件為:漿濃10 %, H2O23%, NaOH1.5%,改性蛋白石3%,時間60 min,溫度70℃以上時,在相同用量下,麥草漿和脫墨漿的白度均可提高300(ISO)以上。
(3)建筑行業
蛋白土為無機礦物材料,主要成分為SiO2,同其它硅酸鹽礦物一樣,可用于硅質瀝青的制備及硅酸鹽水泥的熟料。
任元成等對蛋白土進行超細加工并經硅烷偶聯劑改性處理,用于基質瀝青改性,結改性后的瀝青,具有與熱塑性SBS改性瀝青路而面相當的路用性能,可提高路面高溫抗車轍性、抗水損壞、低溫抗裂性和抗老化性,延長路面使用壽命,施工簡便?;旌狭显囼灲Y果能滿足行《規范》要求,可在不同的氣候條件、交通條件、公路等級、路面類型中使用,且路而成本造價低。于漧等[4]將蛋白土摻在水泥熟料中,它加速了水泥的水化反應,生成更多的C-S-H凝膠,改善了水泥石的孔結構,提高了水泥石與碎石間的粘結強度。在ISO火山灰活性圖中,水化7d的試驗點均落在Ca(OH)2飽和曲線的下方,且離曲線的位置很遠,是優質水泥混合材。與沸石相比,其用量比沸石少。
(4)無機填料
我國蛋白石資源豐富,蛋白石作為填料與其它已廣泛應用于聚合物領域中的填料相比,具有獨特的優勢。
黃海等通過對蛋白石的組成及物性的分析,研究了蛋白石在不同粒徑、含量及不同表面處理劑處理等條件下對填充高密度聚乙烯(HDPE)的力學性能的影響。結果表明:蛋白石經硬脂酸處理后,高目數的蛋白石填充聚乙烯體系在拉伸強度變化不大的情況下,沖擊強度有顯著的提高。在與碳酸鈣填充高密度聚乙烯進行相同工藝條件下的對比中,蛋白石填充體系在大幅度提高材料的沖擊性能的同時,仍具有比碳酸鈣填充體系略好的拉伸性能。
(5)制取水玻璃和白炭黑
蛋白土是一種非晶質的硅質礦物,主要成分為SiO2•nH2O,它的結構特點決定其比晶質SiO2更容易溶于NaOH從而制得Na2SiO3,它與其它制備水玻璃和白炭黑的方法相比,具有工藝簡單等優點。
鄭水林等以蛋白土作為原料,采用堿溶法可制備模數為3.0~3.4的水玻璃,制備的水玻璃用酸析法可制備白炭黑。工藝特點是可以在常壓下進行,不需壓力容器,反應時間較短,能耗較低。制備出的水玻璃通過濃縮也可達到水玻璃質量標準,可作為產品出售;白炭黑在橡膠中的應用性能良好,技術指標優于通化產通用級白炭黑,質量完全達到GB-15017-89。
(6)負離子添加劑
1983年北京大學任磊夫教授在齊嫩地區發現一種蛋白石礦物,它不僅吸附性好,而且能夠釋放負離子,其后,蛋白土被越來越多地用作負離子添加劑。蛋白石負離子添加劑是以蛋白石為主要原料,同時添加多種功能材料采用特殊超細加工技術得到白色,灰白色的漿體或粉體。將蛋白石微粉制備成的負離子添加劑添加到高分子材料中,可以釋放負離子。
顧曉華等將蛋白石超細粉與ABS樹脂制備出ABS樹脂/蛋白石微粉復合材料,通過對復合材料進行電鏡測試,結果表明蛋白石改善了ABS樹脂的微觀結構,復合材料的紋理變均勻,促進基體由脆向韌轉變,起到增韌作用。同時復合材料負離子放生率大于1000個立方米,大于曠野郊區負離子濃度,將大大提高人們的生活質量。
2. 結論
蛋白土礦物作為一種儲量豐富的硅質礦產,在工業生產的各領域已經得到廣泛應用。其主要應用為助濾劑和脫色吸附劑、紙漿漂白的穩定劑、建筑行業中硅酸鹽水泥的熟料、無機填料、制取水玻璃和白炭黑及負離子添加劑。
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