海泡石，從名字上聯想，給人感覺似乎會“發泡”一樣。事實的確也如此，海泡石的德文名稱是MeersChau，Meer是海洋，Schaum是泡沫，故譯名為海泡石，當遇到水時，海泡石就會吸收很多水從而變得柔軟起來，一旦干燥便會恢復堅硬。

海泡石煙斗是一種名貴、珍稀的珍品

由于海泡石質細膩、柔軟，故能在外壁雕刻出十分精巧細致的浮雕圖案

作為一種珍貴的多孔礦物，海泡石的主要成分為含水硅酸鎂（Magnesium Silica)，是自然界中最具滲透性的物質之一，據有關資料統計統計，海泡石的用途已超過130種，是當今世界用途最廣的礦物原料之一，從工業到藝術界幾乎都有它的身影，上圖中的海泡石煙斗便深受藝術家的寵愛。本文此次便來八一八它的各種信息。

     一、海泡石的結構與性質

海泡石是一種纖維狀的含水硅酸鎂，通常呈白、淺灰、淺黃等顏色，不透明也沒有光澤。它們有的形狀像土塊，有的成一個奇怪皮殼狀或結核狀。在電子顯微鏡下可以看到它們是由無數細絲聚在一起排成片狀。

左：海泡石的結構示意圖 右：海泡石的顯微圖

海泡石的主要化學成分是硅(Si)和鎂(Mg)，化學式為Mg₈Si₁₂O₃₀(OH)₄(OH²)₄·8H₂O。它的晶體結構具有2層硅氧四面體，中間1層為鎂氧八面體。硅氧四面體的頂層是連續的，沿c方向平行延伸呈三鏈結構，每6個硅氧四面體頂角相反，通過四角的公共氧原子相互聯結形成2：1的層狀結構，上下層相間排列與鍵平行，截面積約為0.38nm×0.94nm的孔道。水分子和可交換的陽離子K⁺、Na⁺、Ca²⁺等就位于其中。由于這種獨特的結構，使海泡石比表面積大，孔隙率高，具有良好的吸附性、流變性和催化性。

①吸附性能

海泡石是有很強吸附能力的天然礦物。吸附劑的吸附能力與其比表面積大小有直接關系，經計算海泡石的表面積可達800～900m²/g，其中內表面積500m²/g，外表面積400m²/g。

②脫色性質

海泡石的脫色性能是基于海泡石經人工活化處理后，對有機色素的吸附作用。海泡石用作脫色劑時，酸化處理的程度要達到溶出八面體中的Mg²⁺、Al³⁺、Fe³⁺等金屬離子，增大晶層間距，疏通孔道，提高吸附有機色素能力。

③流變性

海泡石的顆粒外形呈不等軸針狀，聚集成稻草束狀。當遇到水或其它極性溶液時則迅速溶漲并解散，形成的單體纖維或較小的纖維束無規律地分散成互相制約的網絡，并且增大體積。這樣就形成了具有流變性能的高粘度、穩定的懸浮液。

④催化性

由于海泡石具有巨大的比表面能，可以吸附或覆蓋各類催化劑單質或化合物且這些單質和化合物可以進入海泡石通道內部；海泡石具有較強的極性，反應物分子被吸附后，易極化變形為活化絡合物，促進反應的發生。

⑤阻燃、耐高溫性

海泡石具有熱穩定性能高，耐高溫性能好(可達到1 500～1 700℃)、導熱系數低、保溫性能好等特點，且具有無毒、無污染、耐油、耐堿、耐腐蝕、防火、防燃、附著力強、不易裂縫等性能。

二、海泡石的表面改性

前文中提到，海泡石的部分特性需要其經過表面改性才能達到，這是因為天然海泡石礦品位低，雜質含量較高，且表面酸性弱、通道小、熱穩定性不好，這些弱點限制了海泡石的應用。因此海泡石必須預先經過提純、超細加工、改性等一系列處理才能擴大其應用價值，常用的改性方法有酸活化法、離子交換法 、水熱處理法和焙燒法， 有機金屬配合物改性、礦物改性等。

海泡石纖維

1.酸改性

酸改性是通過用強酸中的H⁺取代骨架中的Mg²⁺，Si-O骨架生成Si-OH基，結晶水也隨之失去，導致海泡石晶體內部分通道連通，使微孔發展成中孔，微孔比率減少，中孔比率增大，表面積從195.2m²/g增加到306.6m²/g。

酸處理的原理示意圖

由于海泡石中的Mg²⁺是弱堿，遇弱酸會生成沉淀而沉積于海泡石的微孔結構中，因此，目前處理酸均為強酸(HCl、H₂SO₄、HNO₃等)。海泡石的吸附能力與活化改性所用的酸濃度有極大的關系，酸濃度不夠大時難以溶出海泡石中的鎂離子，不能增大孔徑和微孔隙率；酸濃度過大時，海泡石的結構則會發生較大的變化，大孔隙率增加，且有可能變為硅膠，吸附能力與交換能力下降。

2.離子交換法

離子交換改性是用金屬離子取代海泡石晶格中的鎂離子，使海泡石產生中等強度的酸性或堿性。離子交換改性克服了酸處理使海泡石結構發生改變的后果，但不能增加海泡石的比表面積。

離子交換法的原理示意圖

3.水熱處理法

水熱處理法活化在高壓釜內進行，即將海泡石和水混合后加入反應釜內，在一定溫度下攪拌數小時，產物經分離、干燥后即得到超細化處理的海泡石產品。由于海泡石層間或纖維束粘合力強，在常溫常壓下進行酸處理很困難，可以首先采用水熱法處理，得到既超細化又易分離的海泡石，然后再進行其他的活化改性處理，從而增加其活性。

4.焙燒處理法

在海泡石的結構中存在有三種形式的水，即吸附水、結晶水和羥基水。將海泡石在100～1000℃下焙燒處理，其吸附與脫色能力隨溫度和時間的變化而變化，有實驗表明在200～300℃下焙燒活化海泡石，其吸附性能有明顯提高，而在300～800℃下焙燒處理海泡石，其吸附能力減弱。

5.有機改性

海泡石的有機改性目前主要有硅烷偶聯劑表面改性和有機金屬配合物改性。硅烷偶聯劑表面改性能改善海泡石的分散性能，強化海泡石—高分子材料界面粘結。改性的原理主要是利用海泡石表面的酸活性中心和活性Si-OH基團。

6.礦物改性

利用海泡石高的比表面積將礦物沉積于海泡石的表面及微孔中也是一種較好的處理方法。1990年Campeio J M等分別以環氧丙烷及氨水作沉淀劑將AlPO₄沉積于海泡石的結構中，之后用于CSI反應，結果表明AlPO₄的引入不僅能提高海泡石的表面酸性，而且孔結構也得到不同程度的調整。

三、海泡石的應用

目前全球海泡石已探明儲量約8000萬噸，中國已探明儲量2600萬噸，優秀的吸附流變和催化性能及獨特的資源優勢，使得海泡石在我國的市場前景十分廣闊。尤其是在環保領域中，由于海泡石比表面積僅次于活性炭，而其價格卻十分低廉，因此它作為環境保護中的吸附劑和催化劑載體具有廣闊的應用前景。至于其他的主要應用領域，大家可看下方表格了解一二。

資料來源：

海泡石的性能及其應用，張江鳳，段 星。

海泡石活化改性的研究現狀及應用前景，梁凱，唐麗永，王大偉。

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