埃洛石的應(yīng)用前景

埃洛石的應(yīng)用前景

簡(jiǎn)介：

埃洛石是天然形成的硅酸鋁天然礦物材料（AL₂Si₂O₅（OH）₄），屬于高嶺土的一種，但其微觀結(jié)構(gòu)是管狀結(jié)構(gòu)，而非普通高嶺土的片狀或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)。因?yàn)榘Ｂ迨墓艿拇笮∥挥诩{米尺度，因此也被稱為埃洛石納米管（HNTs）。

管的結(jié)構(gòu)形貌因不同的成因而具有差異。埃洛石一般管長(zhǎng)在20-2000nm，但也有更長(zhǎng)的達(dá)到10μm以上的存在。管的外徑約為30-70nm，內(nèi)徑約為15-30nm。

埃洛石的純度決定其應(yīng)用場(chǎng)景和領(lǐng)域，目前市面上的大部分埃洛石都是經(jīng)由原礦直接磨粉而成，埃洛石在其中占的比例可能不足30%，這將很大程度上限制了埃洛石在一些高端需求領(lǐng)域上的應(yīng)用。

廣東暨納新材料科技有限公司于2022年成立，目前實(shí)現(xiàn)了高純度的埃洛石納米管的批量化制備，最高的科研級(jí)純度可達(dá)99%以上，可根據(jù)客戶的不同需求提供不同品位和等級(jí)的產(chǎn)品。

傳統(tǒng)陶瓷市場(chǎng)：

優(yōu)質(zhì)餐具陶瓷（白瓷、骨瓷、超薄陶瓷、釉料）市場(chǎng)是全球埃洛石銷往的最主要的市場(chǎng)，低鐵鈦含量能夠使得燒制后的瓷器擁有更高的白度和半透明度。

以下是一個(gè)典型的配方表：

瓷器相比于骨瓷，使用了更多的高嶺土/埃洛石，用了更少的長(zhǎng)石，因此成型更困難，需要更高的燒制溫度。其成型后，表面光滑而且半透明，有一種冷白色。

骨瓷中添加了經(jīng)處理后的牛骨灰，在1250度燒制而成。比較脆，但能夠制作成更薄更精致的薄片陶瓷。

細(xì)瓷的制作原料與瓷器類似，但經(jīng)由一個(gè)更低的燒制溫度一次成型。細(xì)瓷呈現(xiàn)的是一個(gè)暖白色。

釉料：埃洛石也常應(yīng)用在各種餐具瓷器的釉料中，由于埃洛石的粒徑較小，擁有更好的懸浮和分散性能。而且其低鐵鈦含量能夠制備半透明的釉料。

先進(jìn)陶瓷：埃洛石現(xiàn)在已經(jīng)被應(yīng)用在了汽車使用的蜂窩陶瓷上，制作成汽車的三元催化器，用來凈化汽車尾氣。埃洛石還被應(yīng)用在分子篩上，作為用在水質(zhì)凈化、液氣分離、石油催化等領(lǐng)域上。

新應(yīng)用領(lǐng)域：

人們逐漸意識(shí)到埃洛石在非陶瓷領(lǐng)域應(yīng)用的前景，不斷開發(fā)其更高的使用價(jià)值。在最近的十年里，人們充分利用了埃洛石的管狀結(jié)構(gòu)，開發(fā)了更有利益和價(jià)值的使用領(lǐng)域。

埃洛石可以作為碳納米管（CNTs）的惰性替代。碳納米管不僅價(jià)格昂貴，而且被研究證明對(duì)人的呼吸系統(tǒng)有損害，因此許多公司和研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)著手試驗(yàn)使用更便宜和更安全的埃洛石納米管替代碳納米管的應(yīng)用。

埃洛石的應(yīng)用：

聚合物：

由于埃洛石的納米管狀結(jié)構(gòu)，有較大的長(zhǎng)徑比，添加到聚合物如聚丙烯（PP）或者尼龍(PA)中，能夠提高產(chǎn)品的強(qiáng)度。而且埃洛石本身是不可燃的，在聚合物中起到屏蔽效應(yīng)，而且在高溫下能夠釋放出水，這使得埃洛石能夠在起到很好的阻燃效果。用埃洛石來取代玻璃纖維或者巖石纖維作為增強(qiáng)劑，在全球環(huán)保的需求下，能夠有效降低產(chǎn)品的碳足跡——玻纖和巖石纖維需要在高溫下熔融擠出成型。

在食品包裝領(lǐng)域，埃洛石有非常好的表現(xiàn)。在常見的包裝材料PET、HDPE、PVC或者PS中添加埃洛石納米管，埃洛石納米管在其中互相堆疊，可以起到屏障作用，能夠有效阻隔氣體和液體的進(jìn)出，使得碳酸飲料能夠更長(zhǎng)時(shí)間保持其氣體，或者防止水或空氣進(jìn)入牛奶等產(chǎn)品之中，增加產(chǎn)品的保質(zhì)期。也可以在管中填充抗菌材料，達(dá)到更長(zhǎng)效的保質(zhì)效果。

埃洛石的zeta電位很低，約-45mV，這使得埃洛石有很好的分散性能，不需要像其他材料一樣還要昂貴的表面改性。

美國(guó)的NaturalNano公司在銷售埃洛石上擁有成功的案例，他們將埃洛石引用到他們位于Rochester的工廠，在那里去除雜質(zhì)后添加到他們的Pleximer^TM系列的聚合物中，添加量達(dá)到30%。而后他們的客戶就從他們那里購買埃洛石/聚合物母粒，應(yīng)用到他們的產(chǎn)品之中。

生命科學(xué)：

這部分包含以下領(lǐng)域：化妝品、藥物、環(huán)保、農(nóng)業(yè)和飼料。

埃洛石納米管作為一種純天然的礦物材料，在許多研究中已經(jīng)被證明是安全的，具有良好的生物安全性能。它符合歐盟關(guān)于化妝品和動(dòng)物飼料使用的法規(guī)，并且不受 REACH 法規(guī)的限制。埃洛石不能夠生物降解，因此不可靜脈注射。

埃洛石納米管是一種良好的納米緩釋載體，在許多領(lǐng)域有高科技的應(yīng)用，如醫(yī)用（緩釋藥物或者傷口抗生素）、涂料（緩釋防蝕劑、自修復(fù)劑）、化妝品（緩釋甘油或者各種精油、香水）、海洋石油泄漏（緩釋表面活性劑）等。

埃洛石的外表面帶負(fù)電荷，而內(nèi)表面帶正電，利用這個(gè)性能能夠負(fù)載帶不同電荷的分子。埃洛石的管腔大小用來裝載蛋白質(zhì)分子也合適。

如路易斯安那大學(xué)的Yuri Lvov教授就是應(yīng)用這方面的先驅(qū)，他的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了通過酸蝕刻來增加空心腔體積的技術(shù)，并通過封端的方法來延長(zhǎng)緩釋材料的釋放時(shí)間。

化妝品：

埃洛石擁有60-80g/100g的吸油值，能夠有效地吸附油脂和毒素，而且本身粒徑小，具有非常好的膚感，因此特別適合作為泥膜或者潔面乳來使用。而且其管狀結(jié)構(gòu)能夠負(fù)載各種香精或者保濕成分，達(dá)到很好的凈化-護(hù)膚效果。

埃洛石還能作為防曬霜使用，相比防曬霜中常用的納米TiO₂，埃洛石具有更好的安全性能，因?yàn)榧{米TiO₂容易進(jìn)入皮膚，而且在陽光下會(huì)生成活性氧成分，容易對(duì)皮膚造成損傷。而將納米TiO₂負(fù)載在埃洛石上，能夠有效提高產(chǎn)品的安全性能，減少對(duì)皮膚的傷害。

同樣的，利用好埃洛石的負(fù)載緩釋性能和其納米管的結(jié)構(gòu)，能夠制備成染發(fā)劑、指甲油、彩妝、牙膏等產(chǎn)品。

在2012年五月，NaturalNano公司公布與Fialila的一項(xiàng)供貨協(xié)議，一項(xiàng)為期三年的獨(dú)家供貨協(xié)議，用在指甲油和指甲護(hù)理產(chǎn)品上。埃洛石提供了拋光劑的附著力和流動(dòng)性。

藥物：

無紡布產(chǎn)品：

隨著人類的平均生命的提高，以及人口的不斷增長(zhǎng)，嬰兒尿布、失禁尿布等無紡布的市場(chǎng)在不斷增長(zhǎng)。衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用是無紡布的最大市場(chǎng)，尤其是經(jīng)過了幾年的新冠疫情，口罩等領(lǐng)域的市場(chǎng)也在迅速增長(zhǎng)。

埃洛石的添加在無紡布中起到如下作用：

提高對(duì)于氣體的吸收性能。埃洛石對(duì)于氨氣的吸收特別有效。

提高吸水的效果。

緩釋藥物或者香精的效果。

傷口敷料

與普通的高嶺土相比，埃洛石具有更強(qiáng)的止血效果，止血的效率是高嶺土的2.3倍。而高嶺土止血敷料已經(jīng)成為了美軍指定應(yīng)用的緊急止血敷料，埃洛石具有更好的止血效果，其應(yīng)用前景巨大。而且埃洛石能夠負(fù)載抗生素或者其他藥物，能夠保護(hù)傷口防止傷口感染。暨南大學(xué)的劉明賢團(tuán)隊(duì)已經(jīng)研發(fā)出安全有效的埃洛石止血敷料，不僅能夠制成各種不同類型的止血敷料（海綿、紗布、凝膠等），而且具有很高的安全性。用埃洛石制備的止血敷料對(duì)于燒傷的傷口有特別的好處，因?yàn)槠渚徛尫潘巹?，避免了頻繁地更換紗布而對(duì)傷口造成損傷。

在2016年2月，I-Minerals公司對(duì)外宣布，其產(chǎn)品“UltraHallopure”埃洛石是卡爾斯堡糖尿病研究所（“IDK”）開發(fā)一種新的傷口治療方法的關(guān)鍵成分。這種傷口處理采用了德國(guó)新勃蘭登堡 DURTEC GmbH 開發(fā)的新型浸漬技術(shù)，其中可以加載 HNT，然后浸漬到紡織纖維中。IDK 與 DURTEC 合作設(shè)計(jì)了該項(xiàng)目，并參加了梅克倫堡-前波莫瑞州政府主辦的生物醫(yī)學(xué)競(jìng)賽。 該項(xiàng)目去年獲得了 20 萬歐元的額外研究資助。

牙齒植入物

植入牙齒常用PMMA，添加埃洛石進(jìn)入，埃洛石可以在其中起到支架的作用，提高植入牙齒的機(jī)械強(qiáng)度。同時(shí)可以提高粘接性能和紫外固化速度。埃洛石在這個(gè)領(lǐng)域比起納米TiO₂更有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

骨植入物

Wei,    Abdullah,    Hollister,    Mills    &Lvov研發(fā)發(fā)表了一項(xiàng)研究，添加5-8%的埃洛石納米管，能夠有效提高骨科級(jí)PMMA骨水泥的強(qiáng)度，應(yīng)用在臀骨和膝蓋骨置換領(lǐng)域。此外，HNT 還可以裝載慶大霉素等抗生素，以實(shí)現(xiàn)緩慢且持續(xù)的釋放長(zhǎng)達(dá)300–400小時(shí)。 在磷酸鈣骨水泥中添加 HNT 也能帶來類似的改善。

組織工程支架

組織工程提供了一種治療受損或丟失器官的新方法，患者可以使用在聚合物支持物上生長(zhǎng)的自身細(xì)胞進(jìn)行治療，以便可以從天然細(xì)胞中再生組織部分。這種支架可以作為植入細(xì)胞的粘附基質(zhì)，也可以作為引導(dǎo)新的組織器官生長(zhǎng)的物理支撐。

埃洛石可以添加到可降解的聚合物如PVA、殼聚糖或者PLA中，提高組織工程支架的強(qiáng)度。

循環(huán)性癌細(xì)胞（CTC’s）

康奈爾大學(xué)的研究人員已經(jīng)使用HNT提高了循環(huán)腫瘤和白血病細(xì)胞的捕獲率。HNT 涂在特殊的微管上，選擇性地靶向、捕獲和殺死癌細(xì)胞，向血流中的 CTC 輸送化療藥物，避開健康細(xì)胞

藥物輸送

HNT 具有輸送蛋白質(zhì)、酶、化療藥物等的潛力。

環(huán)保

由于中空管的性質(zhì)、高表面積和高孔隙率，HNT 能夠從水和氣態(tài)介質(zhì)中吸收有毒物質(zhì)。

埃洛石有一下應(yīng)用： 蜂窩陶瓷催化劑載體，用于機(jī)動(dòng)車輛排氣系統(tǒng)，凈化廢氣； 分子篩用于分離液體和氣體混合物以及水凈化；過濾薄膜用于，以提高飲用水質(zhì)量等。

氣體吸附

埃洛石可吸收有害氣體如二氧化碳、硫化氫或氨氣。例子包括用于去除 H₂S 和 NH₃ 的沼氣廠； 用于固定胺排放的鑄造廠和用于減少硫化合物、胺和病原菌的農(nóng)場(chǎng)。

染料吸附

修復(fù)染料污染的水質(zhì)，如紡織、造紙或者是皮革生產(chǎn)。

重金屬吸附

可以用來吸附重金屬污染的水質(zhì)。

垃圾填埋場(chǎng)污染

土工合成粘土襯墊由兩層編織物組成，通常填充有膨潤(rùn)土，可吸收多價(jià)有毒金屬并降低滲透性，減緩滲漏速度。然而，如果水流停止，膨潤(rùn)土可能會(huì)干燥和破裂，一旦水流恢復(fù)，受污染的水就會(huì)未經(jīng)處理地通過。 據(jù)報(bào)道，膨潤(rùn)土和埃洛石的混合物可以防止這一問題并改善金屬去除率，因?yàn)榕c膨潤(rùn)土不同，埃洛石對(duì)單價(jià)陽離子具有很強(qiáng)的親和力。

土工膜安裝是垃圾填埋場(chǎng)基底襯墊系統(tǒng)建設(shè)的一部分。

水凈化

埃洛石可添加到水過濾膜中的聚丙烯腈等聚合物中，以提供加固和改進(jìn)的過濾性能。

放射性廢物處理

研究表明，HNT 可以有效遏制某些形式的核污染。

海洋原油泄漏

由于中空管結(jié)構(gòu)和管之間的空間，HNT 具有很高的吸油能力。 這些管可以預(yù)先裝載表面活性劑，這些表面活性劑會(huì)緩慢釋放以降低表面張力，并幫助將油分散為非常小的液滴，最終生物降解。

農(nóng)業(yè)

HNT可負(fù)載肥料緩釋。 這對(duì)減少過度使用和徑流導(dǎo)致富營(yíng)養(yǎng)化的全球問題具有潛在影響。 也可用于農(nóng)藥、除草劑等的施用。

動(dòng)物飼料

當(dāng)以約低劑量率添加時(shí) 0.5%加入動(dòng)物飼料中，有毒霉菌毒素被吸收并

安全地從動(dòng)物的系統(tǒng)中移除。埃洛石和高嶺土對(duì)于去除黃曲霉毒素（最常見和有毒的霉菌毒素）特別有效。

氨被吸收，有助于防止家禽腿部燒傷并減少異味。

添加埃洛石的好處：

作為粘合劑減少飼料的揚(yáng)塵。

有效緩解動(dòng)物的腹瀉。

由于擠壓模具被拋光，因此提高了生產(chǎn)量。

翻譯自Frank Hart：First Test Minerals Ltd. 所有者兼董事的文章《A BRIGHT FUTURE FOR HALLOYSITE?》（2016年），筆者有部分進(jìn)行修改。如要轉(zhuǎn)載，清注明出處！