海泡石因资源丰富、价格低廉、具有较好的可塑性和粘结性等物理化学性能,有着许多潜在的应用前景。近些年来,越来越多的研究者从不同应用角度对海泡石复合材料进行了研究,如在吸附、催化、阻燃、调湿等领域的应用方面。
海泡石骨架结构中拥有贯穿整个结构的孔道和空隙,具有大的比表面积和孔容积,故而具有良好的吸附性能。
海泡石的吸附性能与表面存在的三类活性中心有关:①硅氧四面体中的氧原子;②在边缘与Mg2+配位的水分子,可以与吸附质形成氢键;③四面体外表面Si—O—Si键断裂形成Si—OH,其可与吸附在海泡石外表面的分子相互作用,还可以与一些有机试剂形成共价键。
谢治民等采用Fe2+和Al3+对海泡石原矿进行改性制备了高效Fe-海泡石和Al-海泡石复合吸附剂,其对模拟活性艳蓝废水脱色率可达99%,吸附容量最高可达58.44mg/g;与同条件下的活性炭及海泡石原矿相比,最高吸附容量分别提高了3~4倍和9~10倍。
Cheng等利用海泡石负载氧化石墨烯制备了在低pH条件下可通过离子交换去除铀离子、碱性条件下络合铀离子的复合材料。
Zhang等以3-氨基丙基三乙氧基硅烷有机改性酸活化海泡石制备了高分散的有机-无机复合纳米纤维NH2-ASEP,其因对刚果红阴离子的去除效率高、吸附时间短、材料再生性能优异而有望用于水处理、膜分离、催化以及其他环境问题。
虽然海泡石的多孔性、比表面积以及层状结构赋予了其对重金属、有机染料和农药等都具有不同程度的吸附能力,但当吸附质溶液浓度较低时,其去除效果不佳;在动态吸附过程中很容易造成孔道堵塞问题;当单一海泡石用于吸附材料,存在一定的分离回收问题;并且吸附机理问题也需进一步研究和深化。
要将海泡石广泛的应用于吸附领域,还需要科研工作者对其提纯和改性工艺路线、海泡石在催化领域的应用
海泡石因具有比表面积大、孔隙率高、机械性能强、热稳定性高、良好的吸附性能及其本身存在的酸碱中心使其可以作为载体直接用于催化剂,如加氢催化、加氢裂化、环己烯骨架异构化和乙醇脱水等反应;与此同时,可以负载Cu、Zn、Fe、Mo等金属及其化合物用于脱氮、加氢硫化、脱金属以及脱沥青等在催化领域广泛应用。
吴琼等以乙酸锰和高锰酸钾为前驱体,将锰氧化物负载在海泡石(SEP)载体表面制备了具有较佳NH3-SCR低温脱硝活性、高空速适应性的Mnx/SEP催化剂,并且锰氧化物活性组分均匀分布在海泡石表面和高的分散性使催化剂具有较大的有效比表面积,有利于催化剂的NH3-SCR反应。
常婕等采用共沉淀法制备了具有良好孔结构以及热稳定性的Ni/Al2O3-ZrO2-sep(海泡石)甲烷合成催化剂。
在国内外研究报道中,海泡石作为催化剂主要应用于加氢催化、加氢裂化、脱氢氧化、聚合等领域,在催化领域应该深化改性海泡石催化材料的探索;此外,在海泡石上负载稀土金属用于催化剂的研究较少,可在这方面加强实验研究。
海泡石是富含Mg、Si等非卤阻燃元素的天然矿物,因导热系数小及耐高温(可达1500~1700℃),而作为阻燃剂或阻燃协效剂用于聚合物阻燃性能研究。将海泡石用于膨胀型防火涂料中,不仅可以起到促进材料表面膨胀炭层的形成和稳定,而且可以提高膨胀炭层的隔热效果,其所含有的不可燃成分通过在高温条件下增加残余物的量,使得点燃时间延长、降低了燃烧时的热量释放速率,这样反馈到聚合物表面的热量得以减少,故基质的热裂解得以抑制;海泡石在一些非膨胀型阻燃材料中,主要是利用一层釉状的保护层使被保护物体与氧气隔绝而起到阻燃的效果。
刘国胜等将海泡石添加到聚磷酸铵(APP)/双季戊四醇(DPER)膨胀阻燃聚丙烯(PP/IFR)体系中不仅可以提高膨胀炭层的热稳定性,而且增加高温时残炭量;同时,海泡石及热解的含硅类氧化物起到了阻隔的作用。
Zotti等制备了海泡石/环氧树脂复合材料,海泡石的存在对环氧树脂的热稳定性都有轻微的影响,预处理海泡石引起的炭层形态变化将显著影响最终纳米复合材料的燃烧行为,证实了海泡石经预处理后是一种有效的阻燃无机填料。
调湿材料是一类通过对环境湿度进行感应、结合自身吸湿和放湿特性制动调节环境湿度的功能性材料。海泡石因绝缘隔热、无毒无害、吸放湿速率快和放湿容量大而用作调湿材料,其调湿要依靠内部较多的孔道以及大比表面积产生的水分子吸附和脱附作用。
Wang等制备了海泡石/聚丙烯酸(钠)纳米复合材料,在聚合过程中,丙烯酸单体与羟基接枝在海泡石表面,成功地插入海泡石的四面体二氧化硅层中,复合材料湿度控制性能的影响随海泡石含量、分散剂含量和中和程度的增加而增加。
Gonzalez等为了提高相对湿度(RH)的范围,制备了海泡石活性炭微丸。研究结果表明,当海泡石与活性炭混合时,RH范围较宽(如89%~39%),可得到控制性能较好的材料,这种行为是海泡石的亲水性和纤维性与活性炭的疏水性和多孔结构混合的结果;当氯化钙浸渍海泡石时,由于氯化钙保留了大量的水分,这些水分通过吸附作用被转移到海泡石中,从而大大提高了海泡石的吸湿性能。
海泡石除了在催化领域、阻燃领域、调湿领域以及吸附领域有广泛应用之外,在建筑材料以及摩擦材料等方面都有应用。
贾堤等对海泡石用作建筑涂料增稠流变剂的可行性进行了研究,结果表明,由于海泡石良好的分散性和悬浮稳定性,用其作为建筑涂料的增稠流变剂是完全可行的;既可以通过控制其含量调整涂料的黏度,又可以使涂料的对比率提高,同时还可避免因使用有机增稠剂影响环境,并可降低生产成本。
胡珊等以天然硅石灰和海泡石复合矿物代替石棉作为增强材料制备了无石棉汽车制动摩擦片,可提高产品的各项性能;针对纤维状的硅石灰和海泡石进行了改性研究,获得了硅石灰和海泡石的最佳改性工艺,深入研究了硅石灰和海泡石制备制动摩擦片的基本工艺及性能。研究结果表明,采用硬脂酸作表面改性剂,当改性后的硅石灰和海泡石混合使用且比例<1:2时,其各项性能可达到国标,完全可代替石棉作为摩擦材料的增强材料。