改性會議：2025年功能粉體表面改性技術應用創(chuàng)新發(fā)展大會將于11月8日在南京召開，報名請聯(lián)系馮經(jīng)理18301216601，涉及非金屬礦粉體企業(yè)：碳酸鈣、方解石粉、硅微粉、滑石、重晶石、硫酸鋇、硅灰石、高嶺土、膨潤土、云母、硅藻土、凹凸棒石、海泡石、電氣石粉等；功能性粉體企業(yè)：氫氧化鎂、氫氧化鋁、氧化鋁、鈦白粉、白炭黑、氧化鐵紅、珠光云母、導熱填料、氧化鋅、勃姆石、粉煤灰、碳化硅、玻璃微珠、鋁粉、銅粉、納米粉體等；硬脂酸、偶聯(lián)劑等藥劑和改性設備企業(yè)；塑料、橡膠、涂料等粉體材料下游應用企業(yè)。
高嶺土是一種1:1型層狀硅酸鹽礦物，具有分散性、可塑性、燒結性、耐火性、離子交換性和化學穩(wěn)定性等多種特性，被廣泛應用于各工業(yè)領域。當前，高嶺土應用領域多集中在陶瓷、造紙、耐火材料等傳統(tǒng)行業(yè)。
然而，隨著科技進步和市場需求的多樣化，高嶺土在高性能復合材料、分子篩、生物醫(yī)藥、環(huán)境科學、能源技術等高附加值新興產(chǎn)業(yè)中展示出了巨大的應用前景。
1、高性能復合材料領域
將高嶺土應用于復合材料中可以提高材料的表面性能（如吸附能力）。JAWAD等開發(fā)了一種介孔殼聚糖-環(huán)氧氯丙烷/高嶺土（Chi-ECH/KA）復合材料，用于活性藍19染料脫色及降低化學需氧量（COD），結果表明，高嶺土的引入顯著增大了復合材料的比表面積（由0.70m²/g提升至43.7m²/g），優(yōu)化了孔隙結構，有效促進了對染料的單層吸附。這種新型復合材料，顯著提高了對染料的去除效率，還有效降低了COD，在環(huán)境保護和工業(yè)廢水處理中具有潛在的應用價值。
YAR等將高嶺土整合到殼聚糖基復合材料中，用于提高摩擦電納米發(fā)電機（TENG）的性能，研究發(fā)現(xiàn)，高嶺土的加入改善了復合材料的表面粗糙度和電荷存儲能力，憑借其較高的介電常數(shù)和表面潛能，在摩擦過程中生成了更多靜電荷，增大了TENG的輸出電壓和電流。該研究利用高嶺土提高了TENG的輸出性能，同時實現(xiàn)了高效的能量收集且對環(huán)境又好。
INGTIPI等合成了高嶺土-纖維素水凝膠復合材料，材料的熱穩(wěn)定性和防火性能優(yōu)異。高嶺土不僅通過形成隔熱炭層和吸熱反應提升了材料的耐高溫能力，還在分子結構中引入了更多物理交聯(lián)點，增強了材料的機械強度和內(nèi)聚力，使其在高溫環(huán)境下更加安全可靠。這種復合材料具有環(huán)保性和可持續(xù)性，展示了其在綠色防火材料方面的應用潛力。
高嶺土在復合材料中還可作為結構基底和吸附介質。Olusegun等研究了高嶺土制成的CoFe?O?納米顆粒在復合材料中的吸附機制，結果表明，高嶺土作為結構基底，均勻分散了納米顆粒，提供了豐富的活性吸附位點，并增強了復合材料的吸附容量和選擇性吸附能力。高嶺土的層狀結構和化學修飾，不僅增強了納米顆粒的分散性和穩(wěn)定性，還顯著提升了復合材料在不同條件下的適應性和吸附效果。
高嶺土在復合材料中的作用包括提升吸附性能、增強電學性能、提高熱穩(wěn)定性/防火性能、改善材料的機械穩(wěn)定性等。然而，在實際應用中仍存在一些問題，如：高嶺土在復合材料中的分散性和界面相容性不足，可能限制其作用的發(fā)揮；不同應用場景對復合材料的特性要求不同，如何針對性地優(yōu)化高嶺土的功能特性仍是研究難點。
未來的研究方向包括：開發(fā)更高效、綠色的高嶺土表面改性技術，以提高其分散性及與基體材料的相容性；探索基于高嶺土的多功能復合材料設計，滿足特定應用領域的需求，如能量收集、污水處理和防火安全等；通過納米級加工和分子調控，進一步提升高嶺土的比表面積和活性位點數(shù)量，從而增強其性能；同時，應著力推動高嶺土復合材料生產(chǎn)工藝的低成本化和環(huán)保化，并結合智能化制造技術實現(xiàn)規(guī)?；瘧谩?br />
2、多孔材料分子篩領域
分子篩是一種具有有序孔隙結構的材料，能選擇性地吸附不同分子，在煉油、石油化工、農(nóng)業(yè)及水處理等領域均有廣泛應用。高嶺土作為一種常見且價格低廉的天然礦物，含有豐富的二氧化硅和氧化鋁，可以直接用于合成沸石分子篩。與傳統(tǒng)的且可能有毒的硅源和鋁源相比，高嶺土不僅環(huán)保，還能降低成本、簡化合成過程。
高嶺土不僅能夠通過簡單的煅燒和酸浸等預處理激活硅鋁活性，還可通過模板劑調控和溫度優(yōu)化進一步提升分子篩性能。
王鉅等通過煅燒和水熱合成晶化法，利用煤系高嶺土制備了4A微孔分子篩，并優(yōu)化了合成條件（如煅燒溫度、堿化和晶化時間），顯著提高了結晶度。
孔令江等采用高嶺土微球與細粉混合晶化法，并通過不同溫度的焙燒處理（高溫增強硅活性，中溫增強鋁活性），成功制備了高結晶度的Y分子篩，優(yōu)化了其孔結構和催化性能，最終結晶度達81%。
AOUAINI等基于多層統(tǒng)計物理模型，利用高嶺土合成了ZSM-5沸石，研究了CO?在其表面的物理吸附特性。
LIU等利用高嶺土和晶種輔助的水熱合成方法制備了ZSM-5分子篩，并探討了單金屬（Na、Ni）和雙金屬（Ni-Na）改性對其吸附性能的影響，結果表面，1.5Ni-0.6Na/ZSM-5的CO?吸附量提升了74%。
DU等不使用額外的二氧化硅和鋁試劑，直接利用天然高嶺土合成了Al-MCM-41，比表面積為1041m²/g，孔體積為0.97mL/g。高嶺土通過簡單的預處理和合成過程便能獲得更大的比表面積和優(yōu)異的孔結構，展現(xiàn)出了低成本、高效率的顯著優(yōu)勢。
在其他分子篩的合成中，高嶺土同樣展現(xiàn)出了出色的性能。WANG等利用高嶺土在500℃下煅燒，制備了比表面積大且酸性適中的SAPO-34分子篩，顯著優(yōu)化了催化性能。
HE等通過微波加熱活化高嶺土，通過一步水熱合成了結晶度達91.47%的稀土Y型沸石（REY沸石）。這些研究通過優(yōu)化反應條件提升了硅鋁活性和分子篩晶體結構的完整性，為其他類型分子篩的低成本、高效制備提供了新思路。
高嶺土在分子篩合成中也面臨諸多挑戰(zhàn)。首先，高嶺土的礦物組成和雜質含量因產(chǎn)地的不同而不同，導致分子篩性能不穩(wěn)定。此外，傳統(tǒng)的高溫煅燒、酸浸和長時間水熱合成等工藝步驟能耗較高。同時，高嶺土基分子篩的比表面積、孔隙結構和活性位點仍有較大優(yōu)化空間點。未來應圍繞原料優(yōu)化、工藝綠色化和性能提升等方面展開深入研究。
3、生物醫(yī)藥領域
高嶺土是一類具有良好生物相容性及高比表面積、化學惰性、膠體性、觸變性等特點的納米硅酸鹽黏土礦物。在生物醫(yī)藥領域，研究方向逐漸從基本的藥物載體應用轉向更為復雜的生物醫(yī)學應用，如基因治療和3D生物打印。高嶺土的應用從單一的物理支撐和藥物釋放擴展到促進細胞生長和基因傳遞的復雜系統(tǒng)。
近年來，高嶺土在藥物載體領域的應用取得了顯著進展，通過多種改性手段可有效提升其藥物裝載和釋放性能。CHAN等采用十六烷基三甲基氯化銨（CTAC）對高嶺土進行表面改性，使其比表面積由9.98m²/g提升至1000.7m²/g，同時增加了孔容，大幅提高了其對多柔比星（DOX）的吸附性能，優(yōu)化了藥物裝載效率。
經(jīng)進一步表面改性，如硅烷偶聯(lián)劑處理，通過與高嶺土羥基的反應，增強了藥物吸附和包封的穩(wěn)定性。TANG等使用聚碳酸酯（PC）對高嶺土進行改性，通過調節(jié)改性溫度來提高其潤濕性，當溫度從65℃升至85℃時，接觸角從96°增至139°。這種潤濕性的提高使改性高嶺土形成的穩(wěn)定乳液在油滴表面形成了致密且有序的殼層結構，有效地包裹了藥物。
插層技術方面，ZHANG等利用醋酸鉀插層，并通過球磨處理高嶺土，擴大了其層間距和分散性，為低毒性藥物載體的開發(fā)提供了新方向。此外，ZHOU等通過水合肼插層獲得了層間距達0.84nm的高嶺土，為復合藥物載體的前驅體應用提供了可能性。
接枝改性通過有機分子共價接枝到高嶺土表面，進一步增加了活性位點數(shù)量，并增大了層間距，如使用DMSO、尿素、NMF等預處理方法，獲得了甲氧基化高嶺土（KaolMeOH），有效提高了藥物的負載能力。
剝離技術則通過機械研磨和液相剝離等方法，將高嶺土粒徑減少至納米級，并減少層數(shù)。機械剝離技術可將二氧化硅的粒徑由960nm減小至610nm，并將層數(shù)減少至14層，而石墨氧化物輔助的機械和液相剝離可進一步將粒徑減小至530nm，提高了比表面積及分散性，使其對藥物的吸附性能顯著增強。
通過表面改性、插層、接枝及剝離等手段，優(yōu)化了高嶺土的孔隙結構，增加了活性位點，豐富了其在生物醫(yī)藥領域的應用路徑，為高效、低毒的藥物載體開發(fā)提供了多樣化的設計思路。
高嶺土納米管（HNT）憑借優(yōu)良的生物相容性和低毒性，成為了基因傳遞尤其是癌癥治療中理想的非病毒載體選擇。研究表明，使用APTES（3-氨基丙基三乙氧基硅烷）對HNT進行表面修飾，可以顯著提升其攜帶反義寡脫氧核苷酸（ASODNs）的效率，進而增強ASODNs的抗腫瘤活性。此外，LONG等開發(fā)了一種將聚乙烯亞胺（PEI）接枝至200nm高嶺土納米管上的方法，通過改變其表面電荷，HNT能夠有效結合帶綠色熒光蛋白（GFP）的質粒DNA，形成高效的非病毒基因載體，并在HeLa細胞中顯示出了較好的轉染效率。這些研究不僅證明了高嶺土納米材料在基因治療中的應用潛力，同時也提供了一種新穎的非病毒基因傳遞策略，有望推動癌癥治療技術的發(fā)展。
在組織工程領域，使用納米黏土是一種較新的嘗試。這類研究主要探索了將納米黏土與不同化合物結合的可能性，目的是開發(fā)出適用于骨再生和組織生長的潛在支架材料。BHATTACHARYYA等利用雙螺桿擠出機，將殼聚糖與高嶺土納米黏土均勻分布在海藻酸鹽基水凝膠中，顯著提高了水凝膠的結構穩(wěn)定性、力學性能和生物兼容性。HUANG等通過顯微CT圖像、組織學分析和免疫組織化學分析發(fā)現(xiàn)，高嶺土納米管的存在顯著提高了大鼠顱骨缺損的骨再生能力。高嶺土的水凝膠在骨再生及人牙髓干細胞（hDPSCs）中的應用潛力巨大，可作為一種有前途的生物材料替代品。
高嶺土在生物醫(yī)藥領域展現(xiàn)出了良好的應用前景，但仍面臨改性過程復雜且成本較高、生物相容性和長期穩(wěn)定性不足、功能性優(yōu)化不夠以及規(guī)?；苽潆y以控制等問題。當前的改性技術，如表面改性、插層和接枝等，雖然提升了高嶺土的性能，但工藝復雜且部分改性劑可能引入毒性，限制了其應用；同時，高嶺土在基因治療和組織工程中的免疫原性及長期穩(wěn)定性尚需進一步研究，以確保材料的安全性和持久性；而在大規(guī)模生產(chǎn)中，材料粒徑分布、活性位點和層間距的一致性難以保障，導致性能產(chǎn)生波動，影響了其在高精度領域的應用。
未來需重點攻克綠色高效的改性技術，開發(fā)低成本、無毒的改性劑以降低生產(chǎn)成本并提升生物安全性，探索其在癌癥免疫治療和3D生物打印等新興領域的應用潛力，為生物醫(yī)藥領域提供高效、低成本、環(huán)保的新型解決方案。
4、能源儲存領域
能源儲存一直是備受關注的熱點領域。尋求高效、可持續(xù)的能源儲存方案是突破全球能源挑戰(zhàn)的關鍵路徑之一。高嶺土因具有獨特的結構和多功能性，已成為能源儲存領域的理想候選材料。高嶺土在鋰離子電池、超級電容器、微生物燃料電池等多種能源存儲設備中均有應用。
LE等采用成本較低的天然高嶺土作為硬模板，通過化學和熱處理合成有序介孔硅（SBA-15），并以此制備氮摻雜的OMC（N-OMC），這種以高嶺土為硅源的方法較傳統(tǒng)的有機硅化合物（如TEOS）更經(jīng)濟環(huán)保。SBA-15模板不僅定義了N-OMC的孔徑大小和分布，還優(yōu)化了其微觀結構，這對提升其電化學性能和鋰離子擴散效率至關重要。研究發(fā)現(xiàn)，這種由高嶺土合成的N-OMC具有優(yōu)異的化學穩(wěn)定性和導電性，為鋰離子電池提供了一種具有潛在應用價值的新型材料。
JING等針對傳統(tǒng)鋰金屬電池的安全隱患，開發(fā)了一種基于聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）的復合固體電解質（CSE），使用高嶺土和二甲基亞砜（DMSO）改進電解質的離子導電性；通過化學預插層方法，將DMSO分子插入高嶺土層間，擴大了層間距，為PVDF-HFP鏈提供了更好的插層空間，離子導電性提升至8.58×10-4S/cm。高嶺土在CSE中充當阻燃劑，增強了安全性，并通過其結構提升電解質的循環(huán)穩(wěn)定性和機械性能。
RAMADASS等成功設計了一種氮摻雜的納米多孔碳材料，結合原位活化、摻雜和天然納米模板技術，利用蔗糖、3-氨基-1,2,4-三唑和氯化鋅，通過碳化處理，制備了在高嶺土-海洛石納米管中具有高比表面積和氮含量的材料。這種材料在能量存儲和碳捕集方面表現(xiàn)出色，在0.3A/g時的比容量高達299F/g，且在高載電流循環(huán)后仍能保持良好的容量穩(wěn)定性。
JEYASRILAKSHMI等以高嶺土為原料，制備了g-C3N4/V2O5納米復合材料，這些材料通過高嶺土的結構調控和優(yōu)化、電子傳輸與儲存、表面催化活性以及穩(wěn)定性和循環(huán)性能的增強，顯著提升了儲能性能。高嶺土在此復合材料中起到了關鍵的載體作用，增強了材料的電化學穩(wěn)定性和電子傳輸效率，從而提高了能量的存儲和釋放效率，并能在長期多次充放電過程中保持良好的穩(wěn)定性。
微生物燃料電池（MFC）技術利用微生物將有機物轉化為電能。在MFC中，提高細菌和導電顆粒在陽極的附著是提升效率的關鍵。研究表明，高嶺土等黏土礦物因其高比表面積和吸附能力，是提升陽極性能的理想材料。HIRSCH等將高嶺土與活性炭和硫化蛋白桿菌結合，修飾碳布陽極，顯著提升了MFC的電力輸出和功率密度。高嶺土-活性炭修飾的陽極在電流密度為3.33A/m²時的功率密度為1112mW/m²，比僅使用高嶺土和裸陽極的性能分別提高了12%和56%，并獲得了最高的庫侖效率。利用高嶺土修飾陽極可以有效提高MFC的性能，同時降低成本和環(huán)境影響。
當前的改性和優(yōu)化技術工藝復雜且成本偏高，制約了其大規(guī)模工業(yè)化應用。同時，在鋰離子電池和超級電容器中，高嶺土復合材料的循環(huán)穩(wěn)定性和儲能效率有待提升；而在微生物燃料電池中，其陽極材料的導電性和長期性能與實際需求尚有差距。
未來的研究方向應集中于開發(fā)經(jīng)濟高效且環(huán)保的高嶺土改性技術，進一步優(yōu)化其比表面積、孔隙結構和活性位點，以增強儲能能力和穩(wěn)定性；此外，通過材料設計和結構調控，提升高嶺土復合材料在能量傳輸與釋放中的效率。在微生物燃料電池方面，需著重提高陽極材料的導電性和細菌吸附效率，從而推動高嶺土在多種能源存儲設備中的實際應用。
5、高嶺土高值化應用前景分析
高嶺土在多個新興領域的高值化應用還面臨一些挑戰(zhàn)和技術瓶頸，如，在復合材料中的分散性和界面相容性問題，在分子篩合成中的穩(wěn)定性和效率問題，在生物醫(yī)藥領域中的長期穩(wěn)定性和安全性問題，以及在能源儲存領域中的儲能效率和循環(huán)穩(wěn)定性問題。
對未來高嶺土的應用前景展望如下：
a.創(chuàng)新材料的研發(fā)將集中在高嶺土的納米化處理和表面改性技術，旨在提升其在電子、能源存儲等領域的性能。如，開發(fā)高嶺土基納米復合材料，通過與聚合物或碳基材料相結合，提高機械強度和導電性。
b.高嶺土有望為水處理、土壤修復等環(huán)保問題提供解決方案，尤其是在重金屬去除和污染物吸附方面。
c.跨學科技術的融合將推動高嶺土在生物醫(yī)藥領域的創(chuàng)新應用，結合生物技術開發(fā)藥物輸送系統(tǒng)或生物活性支架。
d.隨著市場對環(huán)保材料需求的增加，企業(yè)應加強與研發(fā)機構的合作，將創(chuàng)新成果轉化為具有市場競爭力的產(chǎn)品，如開發(fā)高溫耐用的高嶺土陶瓷或輕質復合材料。
e.隨著全球對可持續(xù)發(fā)展的重視，政策支持和經(jīng)濟可行性將影響高嶺土的研發(fā)和應用方向，因此行業(yè)需密切關注資源可獲取性和成本優(yōu)化，同時加強風險管理，提升全球競爭力，以應對復雜的國際環(huán)境。
資料來源：《張濤,郝小非,石俊博.高嶺土提純工藝及高值化利用研究進展[J].化工礦物與加工,2025,54(09):61-71》，由【粉體技術網(wǎng)】編輯整理，轉載請注明出處！
