埃洛石的應用前景

埃洛石的應用前景

簡介：

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，但其微觀結構是管狀結構，而非普通高嶺土的片狀或層狀結構。因為埃洛石的管的大小位于納米尺度，因此也被稱為埃洛石納米管（HNTs）。

管的結構形貌因不同的成因而具有差異。埃洛石一般管長在20-2000nm，但也有更長的達到10μm以上的存在。管的外徑約為30-70nm，內徑約為15-30nm。

埃洛石的純度決定其應用場景和領域，目前市面上的大部分埃洛石都是經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域上的應用。

廣東暨納新材料科技有限公司于2022年成立，目前實現了高純度的埃洛石納米管的批量化制備，最高的科研級純度可達99%以上，可根據客戶的不同需求提供不同品位和等級的產品。

傳統陶瓷市場：

優(yōu)質餐具陶瓷（白瓷、骨瓷、超薄陶瓷、釉料）市場是全球埃洛石銷往的最主要的市場，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。

細瓷的制作原料與瓷器類似，但經由一個更低的燒制溫度一次成型。細瓷呈現的是一個暖白色。

釉料：埃洛石也常應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。

先進陶瓷：埃洛石現在已經被應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。埃洛石還被應用在分子篩上，作為用在水質凈化、液氣分離、石油催化等領域上。

新應用領域：

人們逐漸意識到埃洛石在非陶瓷領域應用的前景，不斷開發(fā)其更高的使用價值。在最近的十年里，人們充分利用了埃洛石的管狀結構，開發(fā)了更有利益和價值的使用領域。

埃洛石可以作為碳納米管（CNTs）的惰性替代。碳納米管不僅價格昂貴，而且被研究證明對人的呼吸系統有損害，因此許多公司和研究機構已經著手試驗使用更便宜和更安全的埃洛石納米管替代碳納米管的應用。

埃洛石的應用：

聚合物：

由于埃洛石的納米管狀結構，有較大的長徑比，添加到聚合物如聚丙烯（PP）或者尼龍(PA)中，能夠提高產品的強度。而且埃洛石本身是不可燃的，在聚合物中起到屏蔽效應，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劑，在全球環(huán)保的需求下，能夠有效降低產品的碳足跡——玻纖和巖石纖維需要在高溫下熔融擠出成型。

在食品包裝領域，埃洛石有非常好的表現。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出，使得碳酸飲料能夠更長時間保持其氣體，或者防止水或空氣進入牛奶等產品之中，增加產品的保質期。也可以在管中填充抗菌材料，達到更長效的保質效果。

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，在那里去除雜質后添加到他們的Pleximer^TM系列的聚合物中，添加量達到30%。而后他們的客戶就從他們那里購買埃洛石/聚合物母粒，應用到他們的產品之中。

生命科學：

這部分包含以下領域：化妝品、藥物、環(huán)保、農業(yè)和飼料。

埃洛石納米管作為一種純天然的礦物材料，在許多研究中已經被證明是安全的，具有良好的生物安全性能。它符合歐盟關于化妝品和動物飼料使用的法規(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，在許多領域有高科技的應用，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電荷，而內表面帶正電，利用這個性能能夠負載帶不同電荷的分子。埃洛石的管腔大小用來裝載蛋白質分子也合適。

如路易斯安那大學的Yuri Lvov教授就是應用這方面的先驅，他的團隊開發(fā)了通過酸蝕刻來增加空心腔體積的技術，并通過封端的方法來延長緩釋材料的釋放時間。

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。而且其管狀結構能夠負載各種香精或者保濕成分，達到很好的凈化-護膚效果。

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，因為納米TiO₂容易進入皮膚，而且在陽光下會生成活性氧成分，容易對皮膚造成損傷。而將納米TiO₂負載在埃洛石上，能夠有效提高產品的安全性能，減少對皮膚的傷害。

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

在2012年五月，NaturalNano公司公布與Fialila的一項供貨協議，一項為期三年的獨家供貨協議，用在指甲油和指甲護理產品上。埃洛石提供了拋光劑的附著力和流動性。

藥物：

無紡布產品：

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

埃洛石的添加在無紡布中起到如下作用：

提高對于氣體的吸收性能。埃洛石對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成為了美軍指定應用的緊急止血敷料，埃洛石具有更好的止血效果，其應用前景巨大。而且埃洛石能夠負載抗生素或者其他藥物，能夠保護傷口防止傷口感染。暨南大學的劉明賢團隊已經研發(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于燒傷的傷口有特別的好處，因為其緩慢釋放藥劑，避免了頻繁地更換紗布而對傷口造成損傷。

在2016年2月，I-Minerals公司對外宣布，其產品“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鍵成分。這種傷口處理采用了德國新勃蘭登堡 DURTEC GmbH 開發(fā)的新型浸漬技術，其中可以加載 HNT，然后浸漬到紡織纖維中。IDK 與 DURTEC 合作設計了該項目，并參加了梅克倫堡-前波莫瑞州政府主辦的生物醫(yī)學競賽。 該項目去年獲得了 20 萬歐元的額外研究資助。

牙齒植入物

植入牙齒常用PMMA，添加埃洛石進入，埃洛石可以在其中起到支架的作用，提高植入牙齒的機械強度。同時可以提高粘接性能和紫外固化速度。埃洛石在這個領域比起納米TiO₂更有競爭優(yōu)勢。

骨植入物

Wei,    Abdullah,    Hollister,    Mills    &Lvov研發(fā)發(fā)表了一項研究，添加5-8%的埃洛石納米管，能夠有效提高骨科級PMMA骨水泥的強度，應用在臀骨和膝蓋骨置換領域。此外，HNT 還可以裝載慶大霉素等抗生素，以實現緩慢且持續(xù)的釋放長達300–400小時。 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的自身細胞進行治療，以便可以從天然細胞中再生組織部分。這種支架可以作為植入細胞的粘附基質，也可以作為引導新的組織器官生長的物理支撐。

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度。

循環(huán)性癌細胞（CTC’s）

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

藥物輸送

HNT 具有輸送蛋白質、酶、化療藥物等的潛力。

環(huán)保

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

埃洛石有一下應用： 蜂窩陶瓷催化劑載體，用于機動車輛排氣系統，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、胺和病原菌的農場。

染料吸附

修復染料污染的水質，如紡織、造紙或者是皮革生產。

重金屬吸附

可以用來吸附重金屬污染的水質。

垃圾填埋場污染

土工合成粘土襯墊由兩層編織物組成，通常填充有膨潤土，可吸收多價有毒金屬并降低滲透性，減緩滲漏速度。然而，如果水流停止，膨潤土可能會干燥和破裂，一旦水流恢復，受污染的水就會未經處理地通過。 據報道，膨潤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，因為與膨潤土不同，埃洛石對單價陽離子具有很強的親和力。

土工膜安裝是垃圾填埋場基底襯墊系統建設的一部分。

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

由于中空管結構和管之間的空間，HNT 具有很高的吸油能力。 這些管可以預先裝載表面活性劑，這些表面活性劑會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。

農業(yè)

HNT可負載肥料緩釋。 這對減少過度使用和徑流導致富營養(yǎng)化的全球問題具有潛在影響。 也可用于農藥、除草劑等的施用。

動物飼料

當以約低劑量率添加時 0.5%加入動物飼料中，有毒霉菌毒素被吸收并

安全地從動物的系統中移除。埃洛石和高嶺土對于去除黃曲霉毒素（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塵。

有效緩解動物的腹瀉。

由于擠壓模具被拋光，因此提高了生產量。

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），筆者有部分進行修改。如要轉載，清注明出處！