珍珠巖是一種火山噴發(fā)的酸性熔巖，具有珍珠裂隙結(jié)構(gòu)，主要由酸性火山玻璃組成，95%為玻璃相，65%-75%為無定形石英。
珍珠巖表面含有親水性基團，并呈極性，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，界面難以形成良好的粘結(jié)。為了改善二者的相容性，增強相互間的結(jié)合力，需要采用適當?shù)姆椒▽φ渲閹r進行改性處理。
珍珠巖改性方法主要有「酸改性、表面活性劑改性、偶聯(lián)劑改性和聚合物包覆改性」。
（1）酸改性
酸改性主要是將珍珠巖與一定濃度的酸溶液混合，一定溫度下攪拌一定時間后烘干得到酸改性的珍珠巖。酸中的氫離子可以取代珍珠巖層間的鈣、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，并可以清除分布于珍珠巖孔道內(nèi)的碳酸鹽等雜質(zhì)，提高其性質(zhì)。主要采用硫酸、硬脂酸等對珍珠巖進行表面改性處理。
■研究進展：
王喜全等采用硫酸對珍珠巖進行表面改性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)經(jīng)硫酸改性后的珍珠巖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(xué)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等通過硬脂酸來改性珍珠巖，并對改性前后的珍珠巖顆粒在不同的吸附條件下對水面柴油的吸附性能進行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：利用溶液浸漬法可成功用硬脂酸改性珍珠巖顆粒表面，使其表面由親水性變?yōu)槭杷?，改性后珍珠巖顆粒的結(jié)構(gòu)仍為無定型的片狀結(jié)構(gòu)。改性后的珍珠巖顆粒在靜態(tài)和動態(tài)油水系統(tǒng)中的油水選擇性分別是未改性珍珠巖顆粒的11.1-154.5倍和57.9-195.5倍，說明硬脂酸改性后的珍珠巖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(zhì)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。用它處理珍珠巖時，表面活性劑的極性基團能吸附于珍珠巖顆粒的表面。如用各種脂肪酸、脂肪酸鹽和長鏈烷基銨等對珍珠巖進行表面處理時，由于脂肪酸及其衍生物對珍珠巖顆粒表面的鈣、鎂等離子具有較強的親和性，所以能在表面進行化學(xué)吸附，覆蓋其粒子表面，形成一層親油性的結(jié)構(gòu)層，處理后的珍珠巖親油疏水，與有機物具有良好的相容性。
■研究進展：
王小治等用十六烷基三甲基溴化銨（CT-MAB）對珍珠巖進行表面修飾，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(xué)以及最佳適用條件。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：未改性的珍珠巖對對硝基苯酚的吸附去除能力很小，對其用CT-MAB進行表面修飾后，去除率明顯提高。
Roulia等采用乳化劑來改性珍珠巖，研究了其在石油泄漏方面的潛在應(yīng)用。研究結(jié)果表明：以珍珠巖作為乳化劑的載體，加入到油/水混合物中時，珍珠巖可以快速擴散至油/水混合物的表面，并能以乳液的形式吸收一部分油，進而對石油泄露快速處理；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(yīng)用前景。
（3）偶聯(lián)劑改性
偶聯(lián)劑分子中通常含有幾類性質(zhì)和作用不同的基團，能夠改善珍珠巖等無機填料與聚合物之間的相容性，并增強填充復(fù)合體系中無機填料與聚合物基填料之間的界面相互作用。改性珍珠巖常用的偶聯(lián)劑是硅烷類偶聯(lián)劑。
硅烷偶聯(lián)劑的-RO官能團可在水中水解產(chǎn)生硅醇基，這一基團可與珍珠巖表面的二氧化硅（SiO2）進行化學(xué)結(jié)合，或與覆蓋在其表面的原有硅醇基團結(jié)合為一體，形成均相體系。這樣既去除了SiO2表面的水分，又與其中的氧原子形成硅醚鍵，從而使偶聯(lián)劑另一端攜帶的-R’官能團牢固地覆蓋在珍珠巖表面，形成了具有反應(yīng)活性的保護膜。
■研究進展：
為了將珍珠巖和硬泡聚氨酯兩種不同的保溫材料復(fù)合，宋躍軍等先采用硅烷偶聯(lián)劑KH550對珍珠巖顆粒進行表面處理，得到活性聚氨酯填充骨料，并測定了成型保溫板件的密度、抗壓強度和導(dǎo)熱系數(shù)等。研究結(jié)果表明：當摻入不同類別的珍珠巖時，發(fā)現(xiàn)粒徑較大的珍珠巖對復(fù)合材料抗壓性能的提高優(yōu)于粒徑較小的，而在導(dǎo)熱系數(shù)方面兩者卻相反。
孫順杰等采用聚二甲基硅氧烷類有機硅憎水劑對珍珠巖進行了改性，并探討了處理過程中有機硅憎水劑濃度以及烘干工藝對吸水率的影響。研究發(fā)現(xiàn)：用有機硅憎水劑處理后，珍珠巖吸水率下降明顯。憎水劑濃度在2‰（wt，質(zhì)量分數(shù)，下同）以下時，憎水劑濃度對珍珠巖吸水率影響較大。但憎水劑濃度超過2‰后，影響較小。
曹書勤等通過氨基三乙氧基硅烷對珍珠巖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(jié)果發(fā)現(xiàn)：改性后珍珠巖對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。
■研究進展：
施衛(wèi)平等采用聚合物改性劑對珍珠巖顆粒進行表面包覆改性，降低了珍珠巖的吸水率，消除了珍珠巖易吸水而降低保溫性能的缺點；在珍珠巖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，從而解決了珍珠巖在運輸和使用過程中易于破碎而使產(chǎn)品質(zhì)量降低的問題，這將有利于其工業(yè)化推廣與應(yīng)用。
張順成等利用聚合物包覆珍珠巖制成改性珠粒，并將改性珠粒添加到水泥砂漿中制成保溫砌塊。研究了改性珠粒不同添加比例的保溫砌塊的密度、導(dǎo)熱系數(shù)、吸水率以及強度的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)通過珍珠巖制成的改性珠?？朔藗鹘y(tǒng)的珍珠巖吸水性大、易粉化等缺陷。制成的保溫砌塊具有密度小、強度高和導(dǎo)熱系數(shù)低等優(yōu)點，可有效解決建筑砌塊強度低、導(dǎo)熱系數(shù)高的缺陷，是建筑保溫材料的首選。
2、改性珍珠巖的應(yīng)用
（1）在建筑保溫材料領(lǐng)域的應(yīng)用
由于表面改性珍珠巖制品具有憎水性、結(jié)構(gòu)完整的殼體，沒有縫隙，不僅提高了保溫質(zhì)量，減少了熱損失，而且防水性能好；即使保護層受到破壞，也不會有水進入保溫層內(nèi)部。所以經(jīng)表面改性的憎水珍珠巖制品用于熱力工程中的管道和設(shè)備保溫層以及墻體保溫等建筑領(lǐng)域時，具有結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)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。
■研究進展：
徐長偉等采用浸泡法制得憎水劑改性珍珠巖，在此基礎(chǔ)上，通過加入防水劑和調(diào)整質(zhì)量和體積配合比，研究了珍珠巖保溫砂漿的吸水率、強度和干密度的變化規(guī)律。研究結(jié)果表明：經(jīng)有機硅憎水劑改性后的珍珠巖的吸水率從290%降低到了90%；在最優(yōu)質(zhì)量和體積配合比條件下，加入珍珠巖專用防水劑，可以進一步降低珍珠巖保溫砂漿的吸水率。
韓金光等通過制備憎水氣凝膠，然后用其對珍珠巖進行改性，制得納米改性珍珠巖保溫骨料，并研究了其在保溫砂漿中的應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn)改性后的珍珠巖的導(dǎo)熱系數(shù)、筒壓強度等性能明顯提升。用該骨料制備保溫砂漿的導(dǎo)熱系數(shù)優(yōu)于?；⒅楸厣皾{。
Lu等報道了一種相變材料，將氧化石墨沉積在珍珠巖/石蠟復(fù)合材料的表面，制得珍珠巖/石蠟/氧化石墨相變材料。結(jié)果表明：這種三元復(fù)合材料的導(dǎo)熱性明顯提高，同時也可以防止石蠟在熔融后發(fā)生泄露，在熱能儲存領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。
（2）在催化領(lǐng)域的應(yīng)用
光催化技術(shù)是具有發(fā)展前景的對環(huán)境污染處理較有效果的技術(shù)，能以較低的能源成本完全氧化有機物分子。TiO2作為一種光催化劑，在光照下可催化氧化水中的有機污染物，使其迅速降解。而珍珠巖是一種輕質(zhì)多孔材料，可以作為一種載體浮于溶液的表面。珍珠巖表面的SiO2可以與TiO2形成一種Ti-O-Si鍵，與單一的光催化劑相比，含有珍珠巖的光催化劑的熱穩(wěn)定性和比表面積都顯著提高，此外還可以增強空氣/水界面的光催化劑的氧化作用。
■研究進展：
馮瑋琳等以珍珠巖為載體，通過溶膠-凝膠法將制得的摻釔（Y）的γ-三氧化二鐵（Fe2O3）溶膠履載于珍珠巖上進行改性，得到具有軟磁性的珍珠巖載體；又通過溶膠-凝膠法負載Y、鋯（Zr）共摻雜的TiO2，制得可見光響應(yīng)的磁性漂浮型Y-Zr/TiO2/珍珠巖復(fù)合光催化劑。并研究了復(fù)合光催化劑對砷（As）的吸附能力和光催化氧化能力。結(jié)果表明：Y-Zr/TiO2/珍珠巖復(fù)合光催化劑在pH=9條件下，對As的去除率最高；復(fù)合催化劑使用５次后去除率仍達到原去除率的80%以上，具有良好的重復(fù)使用性能。
Jahanshahi等以珍珠巖為催化劑，在無溶劑的情況下，合成了5位取代的1H-四唑。這種方法產(chǎn)率高、反應(yīng)時間短、操作簡單，大大提高了合成效率。
Xue等將珍珠巖引入B-N共摻雜的TiO2，通過溶膠－凝膠法合成了B-N-TiO2/EP光催化劑。結(jié)果表明：優(yōu)化后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(lǐng)域的應(yīng)用
隨著社會的發(fā)展，環(huán)境污染問題逐漸突出，尤其人類賴以生存的水土資源污染日益嚴重。被污染的土壤、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污染物。珍珠巖由于其獨特的物理化學(xué)性質(zhì)、價格低廉和吸附能力強等特點，在降解土壤污染物、廢水處理等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
■研究進展：
Akkaya合成了一種新型的聚（丙烯酰胺-珍珠巖）復(fù)合材料，在離子濃度、pH、溫度和時間等因素下，研究了復(fù)合材料對去除水溶液中放射性元素鈾酰陽離子（UO22+）和釷離子（Th4+）的吸附動力學(xué)和吸附熱力學(xué)。結(jié)果表明：其吸附動力學(xué)符合假二級動力學(xué)，速率控制步驟為化學(xué)吸附。
盧芳慧等以珍珠巖為載體，四氯化鈦為前驅(qū)體，利用水解沉淀法，在珍珠巖顆粒上負載了TiO2粒子。經(jīng)煅燒得到銳鈦礦型的納米-TiO2/珍珠巖復(fù)合材料。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)該復(fù)合材料對水體中的污染物羅丹明B的降解率達到99.67%。
Brxter-mann等將珍珠巖引入泡沫塑料體系中，報道了一種新的制備多孔EP/A356復(fù)合泡沫塑料的方法。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過二次壓實的珍珠巖粒子降低了密度，材料的能量吸收率明顯提高。
（4）其他領(lǐng)域應(yīng)用
珍珠巖除了在建筑保溫、催化和吸附等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛外，還在功能涂料、吸聲材料等領(lǐng)域也有應(yīng)用。
■研究進展：
王繼梅等通過選用不同類型的珍珠巖，將其作為涂料的添加材料添加到涂料中，配制成厚質(zhì)涂料。進而研究了珍珠巖的類型與涂料吸放濕性能的關(guān)系。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：使用珍珠巖制備的涂料均具有不同程度的吸濕和放濕性能，而未完全發(fā)泡珍珠巖涂料的吸濕性最高，憎水珍珠巖的吸濕性能最低。
Karaca等首次將珍珠巖添加至聚酯長絲紗結(jié)構(gòu)中，含有珍珠巖織物的吸水性、耐熱性及吸聲性能都比未添加珍珠巖的性能要好。
劉新海等以珍珠巖尾礦為原料，通過超細粉碎、表面化學(xué)改性等工藝進行深加工，制備出性能優(yōu)良的功能性礦物填料。通過填充聚氯乙烯和橡膠材料，發(fā)現(xiàn)改性后的珍珠巖尾礦粉體填充性能很突出。
另外，珍珠巖還可用于無土栽培、鹽堿化土壤改良和塑料大棚種植等領(lǐng)域。
珍珠巖是一種具有優(yōu)異特性的非金屬礦產(chǎn)，具有較大的開發(fā)價值和潛力，并且市場需求不斷增加。目前珍珠巖在建筑工程方面的使用占有重要地位，但隨著科技進步和現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，礦產(chǎn)資源綜合利用、復(fù)合改性和深加工技術(shù)將逐漸成為珍珠巖的研究重點，高附加值、高技術(shù)含量的珍珠巖產(chǎn)品比例也會逐漸增加，這將會使我國的珍珠巖產(chǎn)業(yè)躍上新的臺階。
來源：膨脹珍珠巖的改性方法及應(yīng)用研究進展，作者：白德忠等
編輯整理：粉體技術(shù)網(wǎng)
更多精彩！歡迎掃描下方二維碼關(guān)注中國粉體技術(shù)網(wǎng)官方微信（粉體技術(shù)網(wǎng)）
|
