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貝殼粉廠家7大高值化應用途徑

2019-11-28

貝殼是一類重要的生物礦化材料,由95%的碳酸鈣和約5%的有機質構成,獨特的結構和組分使其在環境污染治理、高分子材料、塗料、顔料、保健和醫療、抗菌劑、催化劑等領域表現出巨大的應用價值。


同時,貝殼的資源化利用,對于緩解廢棄貝殼的環境污染問題和促進貝類養殖業的健康可持續發展具有重要的意義。

1、貝殼粉在環境污染治理方面的應用

(1)貝殼基吸附材料

貝殼的天然有機無機複合結構使貝殼粉體表面存在羟基和氨基等有機基團,從而使貝殼粉體對染料等污染物質表現出一定的吸附性能。爲進一步提高貝殼材料的吸附能力,通常采用熱處理改性的方法。在高溫條件下,貝殼中的有機質分解,貝殼結構變得疏松,在溫度更高時,碳酸鈣發生分解而逸出二氧化碳,貝殼粉體的孔隙率和比表面積增大,吸附性能得到提高,從而變成優良的吸附材料,用于對染料、重金屬離子、海洋油污、磷酸鹽和二氧化硫等污染物的吸附脫除。

(2)重金屬吸附

Hsu等研究了牡蛎殼粉體對水溶液中銅離子(Cu2+)和鎳離子(Ni2+)的吸附,結果表明,牡蛎殼粉體對兩種金屬離子的飽和吸附量分别達49.26mg/g和48.75mg/g。

紀麗麗等制備了煅燒改性贻貝殼粉,并将其用于水溶液中镉離子(Cd2+)和鉛離子(Pb2+)的吸附脫除,研究表明,1000℃下煅燒後,贻貝殼的主要成分轉變爲氧化鈣,表面出現直徑爲0.5nm-1.1nm的納米孔徑,比表面積增大,吸附性能提高。

(3)染料廢水處理

在染料廢水的吸附處理領域,貝殼也具有良好的應用前景。Chowdhur等研究了雙殼類貝殼粉體對水溶液中孔雀石綠染料的吸附行爲,研究表明,染料分子可與貝殼粉體表面的官能團(-OH,-CO3,-PO4)結合而發生吸附,吸附爲自發過程。

Ma等用磷酸對蛤蜊殼粉體進行表面改性,并将改性後的蛤蜊殼粉體應用于水中染料橙II的吸附,結果表明,磷酸改性使蛤蜊殼粉體的吸附性能提高,改性粉體對染料的飽和吸附量高迖1017.13mg/g,吸附爲放熱自發過程。

(4)水體除磷和氣體脫硫

此外,貝殼材料還可應用于水體除磷和氣體脫硫。研究表明,牡蛎殼煅燒産物對水中磷酸鹽的脫除率可達98%,牡蛎殼煅燒水化産物對二氧化硫的脫除率和脫除速率高于石灰石煅燒水化産物。

2、貝殼粉在高分子材料中的應用

貝殼是一類重要的生物碳酸鈣材料,其碳酸鈣含量在95%左右,與礦物碳酸鈣不同的是,貝殼中含有約5%的蛋白質、甲殼素和糖蛋白等有機質,這使得貝殼成爲一種天然的有機/無機複合材料。

研究表明,貝殼粉體表面擁有豐富的氨基和羟基等有機基團,粉體表面具有親水和親油的雙親性,且粉體具有較低的内聚能。因此,與傳統的礦物碳酸鈣填料相比,貝殼碳酸鈣與高分子材料具有更好的相容性,貝殼粉體在高分子材料基質中的分散性能也更優。

由此可見,貝殼材料在塑料等高分子材料的改性加工領域具有廣闊的應用前景,而開發基于貝殼的聚合物填料也成爲促進廢棄貝殼資源化利用的重要途徑。

(1)貝殼粉在聚丙烯中的應用

Shah等研究發現,牡蛎殼粉體的添加可改善聚丙烯的剛度、熱穩定性、阻燃性能和介電性能。Li等研究了贻貝殼粉體對聚丙烯的填充改性效果,結果表明,贻貝殼粉體對聚丙烯具有增強作用,當填充量爲3%時,複合材料的屈服強度,較純聚丙烯提高11.1%;贻貝殼粉體還具有異相成核作用,可誘導P晶的生成;與傳統工業碳酸鈣填料填充的聚丙烯複合材料相比,貝殼粉體填充聚丙烯複合材料的屈服應變、屈服強度、拉伸強度和斷裂伸長率均更高。

(2)貝殼粉在ABS中的應用

Moustafa等通過實驗對比了貝殼粉體和工業碳酸鈣填料對ABS樹脂力學性能、熱穩定能和阻燃性能的影響,結果表明,貝殼粉體在ABS基質中的分散狀況優于碳酸鈣填料;碳酸鈣的添加使ABS樹脂的拉伸強度降低,而貝殼粉體的添加可提高ABS的拉伸強度,且貝殼粉體填充複合材料的斷裂伸長率高于碳酸鈣填充複合材料;貝殼粉和碳酸鈣的填充均可提高ABS樹脂的熱分解溫度,貝殼粉填充複合材料的熱失重率低于碳酸鈣填充複合材料;貝殼粉對ABS樹脂的阻燃性能優于碳酸鈣填料。

(3)改性貝殼粉在聚乙烯中的應用

施佳炜以钛酸酯改性的貝殼粉對高密度聚乙烯進行填充,發現複合材料的力學性能優于高密度聚乙烯原料,在填料用量爲3wt%時,材料的力學性能,其沖擊強度和斷裂伸長率分别達到63.5KJ/m2和180.2%。

(4)改性貝殼粉在橡膠中的應用

楊子明等将钛酸酯改性貝殼粉與天然橡膠膠乳共混制備了天然橡膠/貝殼粉複合材料,材料性能研究結果顯示,改性貝殼粉的加入可提高天然橡膠的定伸應力和拉伸強度,當填充量爲10wt%時,複合材料的力學性能,拉伸強度從24.32MPa增加至34.05MPa。

(5)改性貝殼粉在尼龍6中的應用

劉源森等以氨基型有機矽表面活性劑對牡蛎貝殼粉體和碳酸鈣進行表面改性,并将兩種填料分别添加到尼龍6中制備複合材料,研究表明,改性貝殼粉和改性碳酸鈣均可提高尼龍6的拉伸強度,而改性貝殼粉對尼龍6力學性能的改善效果更爲顯著。與礦物碳酸鈣相比,貝殼粉體的獨特組成和性質使其與聚烯烴、尼龍和環氧樹脂等高分子材料間的界面相容性得到提升,從而具有更爲優異的填充改性功能。

3、貝殼粉廠家在塗料領域中的應用

貝殼粉體能賦予塗料抗菌、防黴和阻燃等性能,還能吸附塗料中産生的甲醛等有毒有害氣體。

覃筱燕将硬脂酸鈉改性後的貝殼粉/氧化鋅/二氧化钛複合粉體添加于聚脲中,制得複合塗料,研究發現,複合粉體的加入使聚脲塗料表現出抗菌性能,且使其耐水性能和防腐性能得到提高。

4、貝殼粉在顔料領域中的應用

利用貝殼粉體的吸附特性,将染料負載于貝殼粉體表面,可制備貝殼基顔料。

葛柳欽以貝殼粉體和直接紅染料爲原料,制備了多功能貝殼基顔料(DPSP)。DPSP具有優良的熱穩定性,在LDPE基質中分散均勻,與基質間存在良好的界面強度,可實現對LDPE的均勻着色。在着色的同時,DPSP的添加還可改善LDPE的使用性能。DPSP的加入使LDPE的加工性能和耐熱性能提升。

5、貝殼粉在保健和醫藥領域中的應用

貝殼中的碳酸鈣含量高達95%左右,将貝殼加工後可直接制成碳酸鈣制劑,也可将其作爲鈣源,反應合成乳酸鈣和葡萄糖酸鈣等補鈣制劑。

貝殼是天然的藥材,含有甘氨酸、精氨酸、丙氨酸等多種人體所需氨基酸;碳酸鈣能中和胃酸,鈣離子具有凝血功能,還能調節血液酸堿性和提高細胞中ATP酶的活力。貝殼粉體經改性處理後還可用作藥物載體。

貝殼天然的有機無機複合結構使其可應用于人工骨材料,并具有優異的生物相容性和成骨活性。

6、貝殼粉廠家在抗菌劑領域中的應用貝殼粉廠家

貝殼經煅燒處理後,其組分碳酸鈣轉變生成活性氧化鈣,具有抗菌活性。林作鵬以扇貝殼爲原料,經850℃-1200℃下煅燒,制備抗菌劑,研究表明,貝殼煅燒物對大腸杆菌和金黃色葡萄球菌具有抗菌效果。

此外,貝殼粉體還可用作載體,制備複合抗菌劑。覃筱燕将生蚝貝殼粉體在1100℃下煅燒活化後,采用共沉澱法制備貝殼粉/氧化鋅/二氧化钛複合抗菌劑,該複合抗菌劑對需鈉弧菌和芽孢杆菌具有明顯的抑菌效果。

7、貝殼粉在催化劑領域中的應用

貝殼粉的煅燒産物氧化鈣具有較大的比表面積,可用于催化材料的制備。

陳嘉琳等人以煅燒紫贻貝殼粉體爲原料,以檸檬酸鈉爲表面活性劑,通過硫脲和四氯化錫的水熱反應,制得貝殼粉/SnS2複合光催化劑,當貝殼粉與SnS2的質量比爲10%時,染料羅丹明B降解效率達83.33%。

此外,貝殼材料還可用于對生物質氣化、煤氣化和生物柴油合成等反應過程的催化。


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