海泡石，從名字上聯(lián)想，給人感覺(jué)似乎會(huì)“發(fā)泡”一樣。事實(shí)的確也如此，海泡石的德文名稱是MeersChau，Meer是海洋，Schaum是泡沫，故譯名為海泡石，當(dāng)遇到水時(shí)，海泡石就會(huì)吸收很多水從而變得柔軟起來(lái)，一旦干燥便會(huì)恢復(fù)堅(jiān)硬。

海泡石煙斗是一種名貴、珍稀的珍品

由于海泡石質(zhì)細(xì)膩、柔軟，故能在外壁雕刻出十分精巧細(xì)致的浮雕圖案

作為一種珍貴的多孔礦物，海泡石的主要成分為含水硅酸鎂（Magnesium Silica)，是自然界中最具滲透性的物質(zhì)之一，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)統(tǒng)計(jì)，海泡石的用途已超過(guò)130種，是當(dāng)今世界用途最廣的礦物原料之一，從工業(yè)到藝術(shù)界幾乎都有它的身影，上圖中的海泡石煙斗便深受藝術(shù)家的寵愛(ài)。本文此次便來(lái)八一八它的各種信息。

     一、海泡石的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

海泡石是一種纖維狀的含水硅酸鎂，通常呈白、淺灰、淺黃等顏色，不透明也沒(méi)有光澤。它們有的形狀像土塊，有的成一個(gè)奇怪皮殼狀或結(jié)核狀。在電子顯微鏡下可以看到它們是由無(wú)數(shù)細(xì)絲聚在一起排成片狀。

左：海泡石的結(jié)構(gòu)示意圖 右：海泡石的顯微圖

海泡石的主要化學(xué)成分是硅(Si)和鎂(Mg)，化學(xué)式為Mg₈Si₁₂O₃₀(OH)₄(OH²)₄·8H₂O。它的晶體結(jié)構(gòu)具有2層硅氧四面體，中間1層為鎂氧八面體。硅氧四面體的頂層是連續(xù)的，沿c方向平行延伸呈三鏈結(jié)構(gòu)，每6個(gè)硅氧四面體頂角相反，通過(guò)四角的公共氧原子相互聯(lián)結(jié)形成2：1的層狀結(jié)構(gòu)，上下層相間排列與鍵平行，截面積約為0.38nm×0.94nm的孔道。水分子和可交換的陽(yáng)離子K⁺、Na⁺、Ca²⁺等就位于其中。由于這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，使海泡石比表面積大，孔隙率高，具有良好的吸附性、流變性和催化性。

①吸附性能

海泡石是有很強(qiáng)吸附能力的天然礦物。吸附劑的吸附能力與其比表面積大小有直接關(guān)系，經(jīng)計(jì)算海泡石的表面積可達(dá)800～900m²/g，其中內(nèi)表面積500m²/g，外表面積400m²/g。

②脫色性質(zhì)

海泡石的脫色性能是基于海泡石經(jīng)人工活化處理后，對(duì)有機(jī)色素的吸附作用。海泡石用作脫色劑時(shí)，酸化處理的程度要達(dá)到溶出八面體中的Mg²⁺、Al³⁺、Fe³⁺等金屬離子，增大晶層間距，疏通孔道，提高吸附有機(jī)色素能力。

③流變性

海泡石的顆粒外形呈不等軸針狀，聚集成稻草束狀。當(dāng)遇到水或其它極性溶液時(shí)則迅速溶漲并解散，形成的單體纖維或較小的纖維束無(wú)規(guī)律地分散成互相制約的網(wǎng)絡(luò)，并且增大體積。這樣就形成了具有流變性能的高粘度、穩(wěn)定的懸浮液。

④催化性

由于海泡石具有巨大的比表面能，可以吸附或覆蓋各類催化劑單質(zhì)或化合物且這些單質(zhì)和化合物可以進(jìn)入海泡石通道內(nèi)部；海泡石具有較強(qiáng)的極性，反應(yīng)物分子被吸附后，易極化變形為活化絡(luò)合物，促進(jìn)反應(yīng)的發(fā)生。

⑤阻燃、耐高溫性

海泡石具有熱穩(wěn)定性能高，耐高溫性能好(可達(dá)到1 500～1 700℃)、導(dǎo)熱系數(shù)低、保溫性能好等特點(diǎn)，且具有無(wú)毒、無(wú)污染、耐油、耐堿、耐腐蝕、防火、防燃、附著力強(qiáng)、不易裂縫等性能。

二、海泡石的表面改性

前文中提到，海泡石的部分特性需要其經(jīng)過(guò)表面改性才能達(dá)到，這是因?yàn)?/span>天然海泡石礦品位低，雜質(zhì)含量較高，且表面酸性弱、通道小、熱穩(wěn)定性不好，這些弱點(diǎn)限制了海泡石的應(yīng)用。因此海泡石必須預(yù)先經(jīng)過(guò)提純、超細(xì)加工、改性等一系列處理才能擴(kuò)大其應(yīng)用價(jià)值，常用的改性方法有酸活化法、離子交換法 、水熱處理法和焙燒法， 有機(jī)金屬配合物改性、礦物改性等。

海泡石纖維

1.酸改性

酸改性是通過(guò)用強(qiáng)酸中的H⁺取代骨架中的Mg²⁺，Si-O骨架生成Si-OH基，結(jié)晶水也隨之失去，導(dǎo)致海泡石晶體內(nèi)部分通道連通，使微孔發(fā)展成中孔，微孔比率減少，中孔比率增大，表面積從195.2m²/g增加到306.6m²/g。

酸處理的原理示意圖

由于海泡石中的Mg²⁺是弱堿，遇弱酸會(huì)生成沉淀而沉積于海泡石的微孔結(jié)構(gòu)中，因此，目前處理酸均為強(qiáng)酸(HCl、H₂SO₄、HNO₃等)。海泡石的吸附能力與活化改性所用的酸濃度有極大的關(guān)系，酸濃度不夠大時(shí)難以溶出海泡石中的鎂離子，不能增大孔徑和微孔隙率；酸濃度過(guò)大時(shí)，海泡石的結(jié)構(gòu)則會(huì)發(fā)生較大的變化，大孔隙率增加，且有可能變?yōu)楣枘z，吸附能力與交換能力下降。

2.離子交換法

離子交換改性是用金屬離子取代海泡石晶格中的鎂離子，使海泡石產(chǎn)生中等強(qiáng)度的酸性或堿性。離子交換改性克服了酸處理使海泡石結(jié)構(gòu)發(fā)生改變的后果，但不能增加海泡石的比表面積。

離子交換法的原理示意圖

3.水熱處理法

水熱處理法活化在高壓釜內(nèi)進(jìn)行，即將海泡石和水混合后加入反應(yīng)釜內(nèi)，在一定溫度下攪拌數(shù)小時(shí)，產(chǎn)物經(jīng)分離、干燥后即得到超細(xì)化處理的海泡石產(chǎn)品。由于海泡石層間或纖維束粘合力強(qiáng)，在常溫常壓下進(jìn)行酸處理很困難，可以首先采用水熱法處理，得到既超細(xì)化又易分離的海泡石，然后再進(jìn)行其他的活化改性處理，從而增加其活性。

4.焙燒處理法

在海泡石的結(jié)構(gòu)中存在有三種形式的水，即吸附水、結(jié)晶水和羥基水。將海泡石在100～1000℃下焙燒處理，其吸附與脫色能力隨溫度和時(shí)間的變化而變化，有實(shí)驗(yàn)表明在200～300℃下焙燒活化海泡石，其吸附性能有明顯提高，而在300～800℃下焙燒處理海泡石，其吸附能力減弱。

5.有機(jī)改性

海泡石的有機(jī)改性目前主要有硅烷偶聯(lián)劑表面改性和有機(jī)金屬配合物改性。硅烷偶聯(lián)劑表面改性能改善海泡石的分散性能，強(qiáng)化海泡石—高分子材料界面粘結(jié)。改性的原理主要是利用海泡石表面的酸活性中心和活性Si-OH基團(tuán)。

6.礦物改性

利用海泡石高的比表面積將礦物沉積于海泡石的表面及微孔中也是一種較好的處理方法。1990年Campeio J M等分別以環(huán)氧丙烷及氨水作沉淀劑將AlPO₄沉積于海泡石的結(jié)構(gòu)中，之后用于CSI反應(yīng)，結(jié)果表明AlPO₄的引入不僅能提高海泡石的表面酸性，而且孔結(jié)構(gòu)也得到不同程度的調(diào)整。

三、海泡石的應(yīng)用

目前全球海泡石已探明儲(chǔ)量約8000萬(wàn)噸，中國(guó)已探明儲(chǔ)量2600萬(wàn)噸，優(yōu)秀的吸附流變和催化性能及獨(dú)特的資源優(yōu)勢(shì)，使得海泡石在我國(guó)的市場(chǎng)前景十分廣闊。尤其是在環(huán)保領(lǐng)域中，由于海泡石比表面積僅次于活性炭，而其價(jià)格卻十分低廉，因此它作為環(huán)境保護(hù)中的吸附劑和催化劑載體具有廣闊的應(yīng)用前景。至于其他的主要應(yīng)用領(lǐng)域，大家可看下方表格了解一二。

資料來(lái)源：

海泡石的性能及其應(yīng)用，張江鳳，段 星。

海泡石活化改性的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用前景，梁凱，唐麗永，王大偉。

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