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海泡石在吸附、催化、阻燃和調溼等新興領域中的應用

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  海泡石因資源豐富、價格低廉、具有較好的可塑性和粘結性等物理化學效能,有著許多潛在的應用前景。近些年來,越來越多的研究者從不同應用角度對海泡石複合材料進行了研究,如在吸附、催化、阻燃、調溼等領域的應用方面。
  
  1、海泡石在吸附領域的應用
  
  海泡石骨架結構中擁有貫穿整個結構的孔道和空隙,具有大的比表面積和孔容積,故而具有良好的吸附效能。
  
  海泡石的吸附效能與表面存在的三類活性中心有關:①矽氧四面體中的氧原子;②在邊緣與Mg2+配位的水分子,可以與吸附質形成氫鍵;③四面體外表面Si—O—Si鍵斷裂形成Si—OH,其可與吸附在海泡石外表面的分子相互作用,還可以與一些有機試劑形成共價鍵。
  
  謝治民等採用Fe2+和Al3+對海泡石原礦進行改性製備了高效Fe-海泡石和Al-海泡石複合吸附劑,其對模擬活性豔藍廢水脫色率可達99%,吸附容量最高可達58.44mg/g;與同條件下的活性炭及海泡石原礦相比,最高吸附容量分別提高了3~4倍和9~10倍。
  
  Cheng等利用海泡石負載氧化石墨烯製備了在低pH條件下可透過離子交換去除鈾離子、鹼性條件下絡合鈾離子的GO@sepiolite複合材料。
  
  Zhang等以3-氨基丙基三乙氧基矽烷有機改性酸活化海泡石製備了高分散的有機-無機複合奈米纖維NH2-ASEP,其因對剛果紅陰離子的去除效率高、吸附時間短、材料再生效能優異而有望用於水處理、膜分離、催化以及其他環境問題。
  
  雖然海泡石的多孔性、比表面積以及層狀結構賦予了其對重金屬、有機染料和農藥等都具有不同程度的吸附能力,但當吸附質溶液濃度較低時,其去除效果不佳;在動態吸附過程中很容易造成孔道堵塞問題;當單一海泡石用於吸附材料,存在一定的分離回收問題;並且吸附機理問題也需進一步研究和深化。
  
  要將海泡石廣泛的應用於吸附領域,還需要科研工作者對其提純和改性工藝路線進行簡化和改進。
  
  2、海泡石在催化領域的應用
  
  海泡石因具有比表面積大、孔隙率高、機械效能強、熱穩定性高、良好的吸附效能及其本身存在的酸鹼中心使其可以作為載體直接用於催化劑,如加氫催化、加氫裂化、環己烯骨架異構化和乙醇脫水等反應;與此同時,可以負載Cu、Zn、Fe、Mo等金屬及其化合物用於脫氮、加氫硫化、脫金屬以及脫瀝青等在催化領域廣泛應用。
  
  吳瓊等以乙酸錳和高錳酸鉀為前驅體,將錳氧化物負載在海泡石(SEP)載體表面製備了具有較佳NH3-SCR低溫脫硝活性、高空速適應性的Mnx/SEP催化劑,並且錳氧化物活性組分均勻分佈在海泡石表面和高的分散性使催化劑具有較大的有效比表面積,有利於催化劑的NH3-SCR反應。
  
  常婕等採用共沉澱法製備了具有良好孔結構以及熱穩定性的Ni/Al2O3-ZrO2-sep(海泡石)甲烷合成催化劑。
  
  在國內外研究報道中,海泡石作為催化劑主要應用於加氫催化、加氫裂化、脫氫氧化、聚合等領域,在催化領域應該深化改性海泡石催化材料的探索;此外,在海泡石上負載稀土金屬用於催化劑的研究較少,可在這方面加強實驗研究。
  
  3、海泡石在阻燃領域的應用
  
  海泡石是富含Mg、Si等非滷阻燃元素的天然礦物,因導熱係數小及耐高溫(可達1500~1700℃),而作為阻燃劑或阻燃協效劑用於聚合物阻燃效能研究。將海泡石用於膨脹型防火塗料中,不僅可以起到促進材料表面膨脹炭層的形成和穩定,而且可以提高膨脹炭層的隔熱效果,其所含有的不可燃成分透過在高溫條件下增加殘餘物的量,使得點燃時間延長、降低了燃燒時的熱量釋放速率,這樣反饋到聚合物表面的熱量得以減少,故基質的熱裂解得以抑制;海泡石在一些非膨脹型阻燃材料中,主要是利用一層釉狀的保護層使被保護物體與氧氣隔絕而起到阻燃的效果。
  
  劉國勝等將海泡石新增到聚磷酸銨(APP)/雙季戊四醇(DPER)膨脹阻燃聚丙烯(PP/IFR)體系中不僅可以提高膨脹炭層的熱穩定性,而且增加高溫時殘炭量;同時,海泡石及熱解的含矽類氧化物起到了阻隔的作用。
  
  Zotti等製備了海泡石/環氧樹脂複合材料,海泡石的存在對環氧樹脂的熱穩定性都有輕微的影響,預處理海泡石引起的炭層形態變化將顯著影響最終奈米複合材料的燃燒行為,證實了海泡石經預處理後是一種有效的阻燃無機填料。
  
  4、海泡石在調溼領域的應用
  
  調溼材料是一類透過對環境溼度進行感應、結合自身吸溼和放溼特性制動調節環境溼度的功能性材料。海泡石因絕緣隔熱、無毒無害、吸放溼速率快和放溼容量大而用作調溼材料,其調溼能力主要依靠內部較多的孔道以及大比表面積產生的水分子吸附和脫附作用。
  
  Wang等製備了海泡石/聚丙烯酸(鈉)奈米複合材料,在聚合過程中,丙烯酸單體與羥基接枝在海泡石表面,成功地插入海泡石的四面體二氧化矽層中,複合材料溼度控制性能的影響隨海泡石含量、分散劑含量和中和程度的增加而增加。
  
  Gonzalez等為了提高相對溼度(RH)的範圍,製備了海泡石活性炭微丸。研究結果表明,當海泡石與活性炭混合時,RH範圍較寬(如89%~39%),可得到控制性能較好的材料,這種行為是海泡石的親水性和纖維性與活性炭的疏水性和多孔結構混合的結果;當氯化鈣浸漬海泡石時,由於氯化鈣保留了大量的水分,這些水分透過吸附作用被轉移到海泡石中,從而大大提高了海泡石的吸溼效能。
  
  5、海泡石在其他領域的應用
  
  海泡石除了在催化領域、阻燃領域、調溼領域以及吸附領域有廣泛應用之外,在建築材料以及摩擦材料等方面都有應用。
  
  賈堤等對海泡石用作建築塗料增稠流變劑的可行性進行了研究,結果表明,由於海泡石良好的分散性和懸浮穩定性,用其作為建築塗料的增稠流變劑是完全可行的;既可以透過控制其含量調整塗料的黏度,又可以使塗料的對比率提高,同時還可避免因使用有機增稠劑影響環境,並可降低生產成本。
  
  胡珊等以天然矽石灰和海泡石複合礦物代替石棉作為增強材料製備了無石棉汽車制動摩擦片,可提高產品的各項效能;針對纖維狀的矽石灰和海泡石進行了改性研究,獲得了矽石灰和海泡石的最佳改性工藝,深入研究了矽石灰和海泡石製備制動摩擦片的基本工藝及效能。研究結果表明,採用硬脂酸作表面改性劑,當改性後的矽石灰和海泡石混合使用且比例<1:2時,其各項效能可達到國標,完全可代替石棉作為摩擦材料的增強材料。
  
  資料來源:《孟雪芬,馮輝霞,張斌,等.海泡石的改性方法及其應用研究進展[J].應用化工,2020,49(09):2319-2323》,由【粉體技術網】編輯整理,轉載請註明出處!
  

分類: 歷史
時間: 2021-12-22

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