技術 | 一文了解珍珠岩改性方法及其應用領域!

矽烷偶聯劑對人有毒嗎

珍珠岩是一種火山噴發的酸性熔岩，具有珍珠裂隙結構，主要由酸性火山玻璃組成，95%為玻璃相，65%-75%為無定形石英。

珍珠岩表面含有親水性基團，並呈極性，很容易吸附水分；而有機聚合物具有憎水性，因此兩者之間的相容性比較差，介面難以形成良好的粘結。為了改善二者的相容性，增強相互間的結合力，需要採用適當的方法對珍珠岩進行改性處理。

1、珍珠岩改性方法

珍珠岩改性方法主要有

「酸改性、表面活性劑改性、偶聯劑改性和聚合物包覆改性」

。

(1)酸改性

酸改性主要是將珍珠岩與一定濃度的酸溶液混合，一定溫度下攪拌一定時間後烘乾得到酸改性的珍珠岩。酸中的氫離子可以取代珍珠岩層間的鈣、鎂、鉀和鈉等離子，使其具有活性氫原子，改善其表面特性，增大其微孔隙率，並可以清除分佈於珍珠岩孔道內的碳酸鹽等雜質，提高其性質。主要採用硫酸、硬脂酸等對珍珠岩進行表面改性處理。

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研究進展：

王喜全等採用硫酸對珍珠岩進行表面改性，結果發現經硫酸改性後的珍珠岩對印染廢水的處理效果明顯改善，隨著硫酸濃度的增加，化學需氧量（COD）和色度的去除率不斷增加，吸附能力得到明顯的增強。

Qi等透過硬脂酸來改性珍珠岩，並對改性前後的珍珠岩顆粒在不同的吸附條件下對水面柴油的吸附效能進行了研究。結果發現：利用溶液浸漬法可成功用硬脂酸改性珍珠岩顆粒表面，使其表面由親水性變為疏水性，改性後珍珠岩顆粒的結構仍為無定型的片狀結構。改性後的珍珠岩顆粒在靜態和動態油水系統中的油水選擇性分別是未改性珍珠岩顆粒的11。1-154。5倍和57。9-195。5倍，說明硬脂酸改性後的珍珠岩顆粒的油水選擇性顯著提高。

(2)表面活性劑改性

表面活性劑分子中含有兩類性質完全不同的官能團，一端是具有親水性的極性基團；另一端是具有親油性非極性基團。用它處理珍珠岩時，表面活性劑的極性基團能吸附於珍珠岩顆粒的表面。如用各種脂肪酸、脂肪酸鹽和長鏈烷基銨等對珍珠岩進行表面處理時，由於脂肪酸及其衍生物對珍珠岩顆粒表面的鈣、鎂等離子具有較強的親和性，所以能在表面進行化學吸附，覆蓋其粒子表面，形成一層親油性的結構層，處理後的珍珠岩親油疏水，與有機物具有良好的相容性。

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研究進展：

王小治等用十六烷基三甲基溴化銨（CT-MAB）對珍珠岩進行表面修飾，研究了其對水中的對硝基苯酚的去除效果、吸附降解動力學以及最佳適用條件。結果發現：未改性的珍珠岩對對硝基苯酚的吸附去除能力很小，對其用CT-MAB進行表面修飾後，去除率明顯提高。

Roulia等採用乳化劑來改性珍珠岩，研究了其在石油洩漏方面的潛在應用。研究結果表明：以珍珠岩作為乳化劑的載體，加入到油/水混合物中時，珍珠岩可以快速擴散至油/水混合物的表面，並能以乳液的形式吸收一部分油，進而對石油洩露快速處理；若僅僅是單純的乳化劑，則無法達到這種效果，這可以減少乳化劑的大量浪費，降低成本，有很好的應用前景。

(3)偶聯劑改性

偶聯劑分子中通常含有幾類性質和作用不同的基團，能夠改善珍珠岩等無機填料與聚合物之間的相容性，並增強填充複合體系中無機填料與聚合物基填料之間的介面相互作用。改性珍珠岩常用的偶聯劑是矽烷類偶聯劑。

矽烷偶聯劑的

-RO官能團可在水中水解產生矽醇基，這一基團可與珍珠岩表面的二氧化矽（SiO

2

）進行化學結合，或與覆蓋在其表面的原有矽醇基團結合為一體，形成均相體系。這樣既去除了

SiO

2

表面的水分，又與其中的氧原子形成矽醚鍵，從而使偶聯劑另一端攜帶的

-R’

官能團牢固地覆蓋在珍珠岩表面，形成了具有反應活性的保護膜。

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研究進展：

為了將珍珠岩和硬泡聚氨酯兩種不同的保溫材料複合，宋躍軍等先採用矽烷偶聯劑KH550對珍珠岩顆粒進行表面處理，得到活性聚氨酯填充骨料，並測定了成型保溫板件的密度、抗壓強度和導熱係數等。研究結果表明：當摻入不同類別的珍珠岩時，發現粒徑較大的珍珠岩對複合材料抗壓效能的提高優於粒徑較小的，而在導熱係數方面兩者卻相反。

孫順傑等採用聚二甲基矽氧烷類有機矽憎水劑對珍珠岩進行了改性，並探討了處理過程中有機矽憎水劑濃度以及烘乾工藝對吸水率的影響。研究發現：用有機矽憎水劑處理後，珍珠岩吸水率下降明顯。憎水劑濃度在2‰（wt，質量分數，下同）以下時，憎水劑濃度對珍珠岩吸水率影響較大。但憎水劑濃度超過2‰後，影響較小。

曹書勤等透過氨基三乙氧基矽烷對珍珠岩表面進行了修飾改性，研究其改性及吸附條件對2，4-二硝基苯肼去除率的影響。結果發現：改性後珍珠岩對2，4-二硝基苯肼的吸附能力明顯比未改性的要好，去除率達到80%以上。

(4)聚合物包覆改性

將大分子量聚合物在一定溶劑中配成一定濃度的溶液，再加入適量的無機填料，在一定溫度下攪拌一定時間，便可得到高聚物包覆的無機填料。

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研究進展：

施衛平等採用聚合物改性劑對珍珠岩顆粒進行表面包覆改性，降低了珍珠岩的吸水率，消除了珍珠岩易吸水而降低保溫效能的缺點；在珍珠岩表面形成了具有一定強度和韌性的聚合物膜，使其強度增加，從而解決了珍珠岩在運輸和使用過程中易於破碎而使產品質量降低的問題，這將有利於其工業化推廣與應用。

張順成等利用聚合物包覆珍珠岩製成改性珠粒，並將改性珠粒新增到水泥砂漿中製成保溫砌塊。研究了改性珠粒不同新增比例的保溫砌塊的密度、導熱係數、吸水率以及強度的變化，結果發現透過珍珠岩製成的改性珠粒克服了傳統的珍珠岩吸水性大、易粉化等缺陷。製成的保溫砌塊具有密度小、強度高和導熱係數低等優點，可有效解決建築砌塊強度低、導熱係數高的缺陷，是建築保溫材料的首選。

2、改性珍珠岩的應用

(1)在建築保溫材料領域的應用

由於表面改性珍珠岩製品具有憎水性、結構完整的殼體，沒有縫隙，不僅提高了保溫質量，減少了熱損失，而且防水效能好；即使保護層受到破壞，也不會有水進入保溫層內部。所以經表面改性的憎水珍珠岩製品用於熱力工程中的管道和裝置保溫層以及牆體保溫等建築領域時，具有結構簡單、經濟、堅固耐用、施工速度快和保溫效果好等特點，是理想而價廉的保溫材料。

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研究進展：

徐長偉等採用浸泡法制得憎水劑改性珍珠岩，在此基礎上，透過加入防水劑和調整質量和體積配合比，研究了珍珠岩保溫砂漿的吸水率、強度和幹密度的變化規律。研究結果表明：經有機矽憎水劑改性後的珍珠岩的吸水率從290%降低到了90%；在最優質量和體積配合比條件下，加入珍珠岩專用防水劑，可以進一步降低珍珠岩保溫砂漿的吸水率。

韓金光等透過製備憎水氣凝膠，然後用其對珍珠岩進行改性，製得奈米改性珍珠岩保溫骨料，並研究了其在保溫砂漿中的應用。研究發現改性後的珍珠岩的導熱係數、筒壓強度等效能明顯提升。用該骨料製備保溫砂漿的導熱係數優於玻化微珠保溫砂漿。

Lu等報道了一種相變材料，將氧化石墨沉積在珍珠岩/石蠟複合材料的表面，製得珍珠岩/石蠟/氧化石墨相變材料。結果表明：這種三元複合材料的導熱性明顯提高，同時也可以防止石蠟在熔融後發生洩露，在熱能儲存領域有廣泛的應用前景。

(2)在催化領域的應用

光催化技術是具有發展前景的對環境汙染處理較有效果的技術，能以較低的能源成本完全氧化有機物分子。

TiO

2

作為一種光催化劑，在光照下可催化氧化水中的有機汙染物，使其迅速降解。而珍珠岩是一種輕質多孔材料，可以作為一種載體浮於溶液的表面。珍珠岩表面的

SiO

2

可以與

TiO

2

形成一種

Ti-O-Si鍵，與單一的光催化劑相比，含有珍珠岩的光催化劑的熱穩定性和比表面積都顯著提高，此外還可以增強空氣/水介面的光催化劑的氧化作用。

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研究進展：

馮瑋琳等以珍珠岩為載體，透過溶膠-凝膠法將製得的摻釔（Y）的γ-三氧化二鐵（Fe2O3）溶膠履載於珍珠岩上進行改性，得到具有軟磁性的珍珠岩載體；又透過溶膠-凝膠法負載Y、鋯（Zr）共摻雜的TiO2，製得可見光響應的磁性漂浮型Y-Zr/TiO2/珍珠岩複合光催化劑。並研究了複合光催化劑對砷（As）的吸附能力和光催化氧化能力。結果表明：Y-Zr/TiO2/珍珠岩複合光催化劑在pH=9條件下，對As的去除率最高；複合催化劑使用5次後去除率仍達到原去除率的80%以上，具有良好的重複使用效能。

Jahanshahi等以珍珠岩為催化劑，在無溶劑的情況下，合成了5位取代的1H-四唑。這種方法產率高、反應時間短、操作簡單，大大提高了合成效率。

Xue等將珍珠岩引入B-N共摻雜的TiO2，透過溶膠-凝膠法合成了B-N-TiO2/EP光催化劑。結果表明：最佳化後的這種催化劑的比表面積99。23m2/g，孔徑33。39nm，具有高的催化活性。

(3)在吸附領域的應用

隨著社會的發展，環境汙染問題逐漸突出，尤其人類賴以生存的水土資源汙染日益嚴重。被汙染的土壤、水體中主要含有放射性元素、重金屬離子以及各種有毒的有機汙染物。珍珠岩由於其獨特的物理化學性質、價格低廉和吸附能力強等特點，在降解土壤汙染物、廢水處理等領域具有廣闊的應用前景。

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研究進展：

Akkaya合成了一種新型的聚（丙烯醯胺-珍珠岩）複合材料，在離子濃度、pH、溫度和時間等因素下，研究了複合材料對去除水溶液中放射性元素鈾醯陽離子（UO22+）和釷離子（Th4+）的吸附動力學和吸附熱力學。結果表明：其吸附動力學符合假二級動力學，速率控制步驟為化學吸附。

盧芳慧等以珍珠岩為載體，四氯化鈦為前驅體，利用水解沉澱法，在珍珠岩顆粒上負載了TiO2粒子。經煅燒得到銳鈦礦型的奈米-TiO2/珍珠岩複合材料。研究結果發現該複合材料對水體中的汙染物羅丹明B的降解率達到99。67%。

Brxter-mann等將珍珠岩引入泡沫塑膠體系中，報道了一種新的製備多孔EP/A356複合泡沫塑膠的方法。研究結果發現，經過二次壓實的珍珠岩粒子降低了密度，材料的能量吸收率明顯提高。

(4)其他領域應用

珍珠岩除了在建築保溫、催化和吸附等領域應用廣泛外，還在功能塗料、吸聲材料等領域也有應用。

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研究進展：

王繼梅等透過選用不同型別的珍珠岩，將其作為塗料的新增材料新增到塗料中，配製成厚質塗料。進而研究了珍珠岩的型別與塗料吸放溼效能的關係。研究結果發現：使用珍珠岩製備的塗料均具有不同程度的吸溼和放溼效能，而未完全發泡珍珠岩塗料的吸溼性最高，憎水珍珠岩的吸溼效能最低。

Karaca等首次將珍珠岩新增至聚酯長絲紗結構中，含有珍珠岩織物的吸水性、耐熱性及吸聲效能都比未新增珍珠岩的效能要好。

劉新海等以珍珠岩尾礦為原料，透過超細粉碎、表面化學改性等工藝進行深加工，製備出效能優良的功能性礦物填料。透過填充聚氯乙烯和橡膠材料，發現改性後的珍珠岩尾礦粉體填充效能很突出。

另外，珍珠岩還可用於無土栽培、鹽鹼化土壤改良和塑膠大棚種植等領域。

珍珠岩是一種具有優異特性的非金屬礦產，具有較大的開發價值和潛力，並且市場需求不斷增加。目前珍珠岩在建築工程方面的使用佔有重要地位，但隨著科技進步和現代工業的發展，礦產資源綜合利用、複合改性和深加工技術將逐漸成為珍珠岩的研究重點，高附加值、高技術含量的珍珠岩產品比例也會逐漸增加，這將會使我國的珍珠岩產業躍上新的臺階。

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