硅酸镁的应用

发布日期:2020/10/25 9:01:40

背景及概述^[1][2][3]

自然界中天然硅酸盐矿物约占地壳质量的95%，硅酸镁中硅、镁两种骨架元素的结合，形成了一系列不同硅镁比、不同结构的硅酸镁矿物，如蛇纹石 (Chrysotile，Mg₃Si₂O₅ (OH )₄ )、滑石 (Talc，Mg₃Si₄O₁₀ (OH)₂)、海泡石 (Sepiolite，Mg₉Si₁₂ O₃₀(OH)₄ ·6H₂O)、凹凸棒石 (坡偻石) (Attapulgite，Mg₅Si8O₂₀(OH) ₂ (OH₂) ₄ ·4H₂O)、橄榄石( Forsterite，Mg₂SiO₄ )、透辉石( Diopside，CaMgSi₂O₆ )、膨润土(Bentonite，(Al₂，Mg₃ ) Si₄O₁₀ OH₂·nH₂O) 等。

这些硅酸镁矿物被广泛的应用于吸附剂、脱色剂、耐火材料等，这表明“MgO - SiO2-H2O” 体系中“MgO”与“SiO2” 结合的复杂性与多样性，为制备硅酸镁提供了理论基础。人工合成的硅酸镁主要是三硅酸镁、六硅酸镁以及镁硅和其他金属的复合盐类、硅酸镁铝、硅酸镁锂等。尽管已有的几种硅酸镁作为吸附剂用于物质的精制提纯，吸附脱色等得到广泛应用；镁硅比、镁源对产物吸附性质具有明显影响。

应用^[1]

在 19 世纪 90 年代初，硅酸镁主要用作防火保温材料。在 1000 ℃～1200 ℃ 的火焰中燃烧 1 h，材料无着火痕迹，质量、性能也不发生改变。目前硅酸镁的大规模应用主要是作为有机物精制的吸附剂。利用水玻璃和镁盐制备的硅酸镁作为有机化合物的吸附剂—用硅酸镁对 3' 异氰酸酯，3'硫氰酸酯和 N －苯基－氨基丙基硅的吸附作为指标评价硅酸镁的吸附性能。硅酸镁对于吸附脱除食用油中的极性物质也表现出良好的效果。

1）聚醚精制

聚醚多元醇的精制加工中需用到一些碱金属离子催化剂，对于残留的催化剂的去除和后处理过程一直是个困扰聚醚行业的一个问题。它决定了成品聚醚的水分、酸值、K + 、Na + 含量及聚醚色度等重要指标。在聚醚多元醇生产过程中最后一道精制工序中，按量加入硅酸镁处理棕黄色精聚醚，经循环过滤便转成无色透明的油状液体。它的作用原理是通过硅酸镁与金属离子结合形成较大粒度的复合盐的结晶和在聚醚本体中很小的溶解度来过滤去除，同时也利用其多孔结构以达到脱色除臭效果。

2）煎炸油处理吸附剂、滤油粉

随着肯德基滤油门事件的平息，合成硅酸镁作为一种安全、可靠而且有效的煎炸油处理吸附剂的这一事实已被众人所周知。硅酸镁中的有效物质通过物理和化学的作用深入到油分子中吸附及分解有害物质，全面抑制游离脂肪酸、过氧化酯含量、去除色泽、抑制极性化合物生成、彻底清除异味提供质量优良的食品。硅酸镁吸附剂能够让煎炸油不再被废弃，但不只是专门处理废弃煎炸油的产品。

它应该被应用于原油次煎炸食品后，以后每一次的煎炸作业完成后都要使用一种优良吸附剂。处理后的油色澄清、无异味，完全符合炸油标准和美国FDA＆USDA 标准。此产品适用于炸鸡、薯片、虾条、方便面、果蔬片、花生米等一切煎炸油的处理，广泛用于食品工业，国内鸡块加工厂、薯片、果蔬片生产厂等一些大型食品企业也已大量使用。

3）生物柴油精制

硅酸镁还可以用来处理纯化生物柴油，去除脂肪酸、皂化物和其它极性物质，对极性化合物( 过剩甲醇、游离甘油、皂化物、单和双甘油酯、金属污染物等)也有强吸附性，与传统的水清洗方式相比，它只需干洗，更节省了时间，投资，能源以及污水处理的费用。

传统的水洗生产方法常因存在较高的皂化物容易发生乳化作用，因此需多次清洗才能达到要求，在这一过程中常常伴随着分离效果、分离时间等问题而导致生物柴油的质量和产量下降，会产生大量的污水影响环境；而采用吸附法可有效解决生产过程中的这一难题，为生物柴油的生产提供新的解决问题途径。目前欧美发达国家在生物柴油的生产过程中已开始应用这一技术和方法，但因吸附剂目前生产成本较高，使其在生产中的应用受到限制，开发价格低廉、效果显著的吸附剂将推动生物柴油的应用和发展。

其中实用硅酸镁吸附剂的部分可以实用吸附柱进行，进行再生多次利用。另外，硅酸镁在吸附脱除重金属离子方面也表现出良好的性能。将硅酸镁用于吸附脱除 Cs + ，Co2 + 和 Eu3 + 离子，发现硅酸镁对三种离子的吸附性满足 Eu3 + ＞ Co2 + ＞ Cs + 的关系，且利用硝酸可以使硅酸镁脱附再生。硅酸镁对金属离子的吸附效果，Co2 + ＞ Cd2 + ＞ Zn2 + ＞ Cu2 + ＞ Cs + ＞ Fe3 + 。硅酸镁还可以用于脱除水中的铅和镉。硅酸镁的吸附重金属和其他物质的性质可以为其净化精制生物柴油提供更有利的支持，这样获得的生物柴油纯度更高，能更好的满足生物柴油的不
同需求。

制备^[1-2]

目前，制备硅酸镁的方法各不相同，并没有一个系统的制备方法分类。主要制备方法可以分为沉淀法、水热法和固体熔融法。采用七水硫酸镁和泡花碱为原料生产出医用三硅酸镁，指标达到中国药典标准要求。在参考其它硅酸镁盐合成方法的基础上，以氯化镁和硅酸钠为原料，摸索出一条易于掌握、经济合理的生产六硅酸镁的工艺路线。用氯化镁和硅酸钠为原料，在 60 ℃ 和不断搅拌下，将等浓度的两种原料 1 ∶ 1混合后立即在软化水中水解。然后加入氨水产生沉淀后陈化过滤、烘干得到硅酸镁样品。经红外光谱(IR分析)、X-射线衍射(XRD 衍射分析)和差热－热重实验分析后得出结论，这种方法制备的为无定形硅酸镁:

利用硫酸镁和硅酸钠沉淀法制备出硅酸镁，用沉淀法制备出性能良好的硅酸镁。采用水热法制备出类似天然皂石的硅酸镁，分子式为Mg₃Si₄O₁₀ (OH)₂·nH₂O，粒径约 100 nm 。对利用硫酸镁和硅酸钠制备无定形硅酸镁进行了系统探讨，并对硅酸镁的物理化学性质和表面形态进行了深入研究。将氧化镁和二氧化硅放入坩埚中微波加热到1 000 ℃ 后在1 570 ℃微波加热 3 h 使氧化镁和二氧化硅熔融，然后1570 ℃保温 20 min 后自然冷却至室温制得纯斜顽火石相的 MgSiO3。