纤蛇纹石石棉的纳米效应与生物活性

本文首次从纳米材料与纳米效应角度出发讨论了纤蛇纹石石棉的形态、表面结构、表面性质与生物活性的关系。结果表明 ,纤蛇纹石石棉属自然界产出的一种特殊的一维纳米丝状矿物 ,在形态、结构和表面性质等方面表现出了纳米材料所具有的一般特性 ,其中 ,形态上的一维纳米丝状、结构上的管状和表面 (界面 )层的高活性态等构成了它的纳米材料属性 ,纤维的小尺寸及高表面化学活性构成了它的生物活性特征。纤蛇纹石石棉纤维对动物的危害 ,既具有一般纤维的危害性 ,又具有非晶质SiO2 的危害性。由于纤维的小尺寸效应和高表面活性而使生物活性大大增强。

纤蛇纹石吸附Cu(Ⅱ)的动力学及热力学研究

研究纤蛇纹石对铜离子的吸附行为,探讨初始溶液pH、温度和铜离子初始浓度对吸附动力学的影响,进行吸附等温线的测定和热力学计算。研究结果表明:当温度为25～60℃,pH为2～4,铜离子初始浓度为10～100 mmol/L时,Cu(Ⅱ)的吸附动力学数据均符合准二级反应动力学模型;吸附量随反应温度、初始pH和溶液初始浓度的增加而增加;等温吸附曲线符合Langmuir等温吸附模型,吸附过程以单层吸附为主;反应的吉布斯自由能为负值,焓变为20.427 kJ/mol,熵变为109.424 J/(mol.K),说明吸附是一个自发进行的物理吸附过程。

纤蛇纹石制备氧化硅纳米线

以天然矿物纤蛇纹石为原料,通过化学分散、酸浸制备了氧化硅纳米线。运用X射线荧光光谱、热分析、X射线衍射、红外光谱和扫描电镜对产物进行了表征。结果表明:制备的氧化硅纳米线的化学组成为SiO1.8·0.6H2O;其结构虽为无定形,却具有一定的有序度,组成单元仍为硅氧四面体,但四面体交替上下排列,六元环高度扭曲变形。氧化硅纳米线基本呈圆柱状,表面较为光滑平整,分散性好,长度约十数微米,直径为25～55nm。

采用纤蛇纹石制备纳米纤维状多孔氧化硅

以天然纤蛇纹石为原料,通过酸浸制备纳米纤维状多孔氧化硅,并使用X射线荧光光谱(XRF)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和N2吸附-脱附等温线技术等对其进行表征。研究结果表明:该多孔氧化硅具有独特的纳米纤维状形貌;其结构为无定形,结构组成单元仍为硅氧四面体,但四面体交替上下排列,六元环结构发生高度扭曲变形。纳米纤维状多孔氧化硅比表面积为391.8 m2/g,总孔容为1.05 cm3/g,由吸附-脱附等温线的滞后回线特征判断其结构中的孔主要为缝隙型孔。

纤蛇纹石在盐酸浸出过程中结构变化的研究

研究了纤蛇纹石在盐酸浸出过程中,不同浸出程度下的结构变化.用X射线荧光光谱(XRF)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)和X射线衍射(XRD)对纤蛇纹石原样及其5个代表性阶段的酸浸试样进行了分析.研究结果表明,纤蛇纹石中的Fe主要是以Fe2+部分取代八面体中的Mg2+,而Al则主要以Al3+部分取代四面体中的Si4+,纤蛇纹石中Mg,Fe,Al这3种金属元素的浸出难度依次为Mg<Fe<Al;随着酸浸的进行,纤蛇纹石中Mg-OH八面体结构逐渐消失,Si-O四面体结构层发生扭曲变形,形成了最终的无定形氧化硅,且该氧化硅仍由硅氧四面体结构单元构成,与普通无定形氧化硅相比,具有更高的有序度.

纤蛇纹石在纳米材料及环境科学中的意义

传统工业矿物———纤蛇纹石 ,是一种具有独特卷管状构造的一维纳米管材料 ,具有机械强度好、耐热、绝缘等优良性能 ,同时具有高表面化学活性和生物活性。其活性主要源自表面不饱和键、纳米晶体巨大的比表面积所带来的高表面能以及卷曲构造导致的晶格弯曲而引起的附加内能和表面能。优良的物理和化学性能使其在纳米新材料中具有广阔的应用前景 ;高表面活性使其可被用来治理环境污染 ,但也可对人体造成致命威胁 ,导致石棉肺并引发癌症。因此 ,积极开展纤蛇纹石污染和致病机理的深入研究 ,有针对性的对其进行表面改性 ,降低或消除其毒性 ,同时加强采、选及加工企业粉尘污染的监测、改善人员防护 ,纤蛇纹石可以发挥优良性能 。

纤蛇纹石纳米纤维的制备及表征

使用阴离子表面活性剂Aerosol OT（AOT）对纤蛇纹石进行化学分散，制备纤蛇纹石纳米纤维。研究AOT浓度、分散时间及乳化机转速对纤蛇纹石分散效果的影响，获得制备纤蛇纹石纳米纤维的最佳条件。利用红外光谱、X射线衍射、热重-差式扫描量热法和扫描电镜对纤蛇纹石纳米纤维进行表征。研究结果表明：当AOT溶液质量浓度为2g／L左右，分散时间为40～50min，乳化机转速为5000-6000r／min时，AOT能有效吸附在纤蛇纹石纤维表面，达到最佳分散效果；形成的纤蛇纹石纳米纤维基本为单纤维，其形貌较为一致，直径为30～80nm，长度达10μm以上。

纤蛇纹石的盐酸浸出及其动力学模型研究

研究了纤蛇纹石盐酸浸出过程中影响浸出率的主要因素,通过单因素实验确定最佳浸出条件为：盐酸浓度2mol/L,温度95~100℃,浸出时间3h,液固比60。进而通过建立液-固相反应纤维状颗粒的宏观动力学模型,研究了纤蛇纹石盐酸浸出的动力学过程。依据此模型所求得的反应表观活化能为24.4kJ/mol,与用等浸出率法求得的值25.4kJ/mol基本一致。动力学研究结果表明纤蛇纹石的盐酸浸出过程受扩散控制。

纤蛇纹石纳米管的水热合成与表征

采用水热法进行了纤维蛇纹石的合成研究,通过改变反应温度、反应体系pH值合成了多个样品,并利用X射线衍射仪、透射电子显微镜、扫描电子显微镜和红外光谱仪等手段对合成样品的物相、结构和形貌进行表征,分析表明在180℃～220℃、pH值为10.39～13的水热体系中均能够合成纤蛇纹石结构纤维;在220℃、pH值为13的条件下合成晶型最好、纤维最长的纤蛇纹石纳米管,其内径约6 nm～8 nm、外径约30 nm～35nm,长约200 nm～400 nm。

我国西北地区不同类型纤蛇纹石石棉的电镜研究

作者对西北地区不同类型温石棉矿床的石棉进行了扫描电镜和高分辩率透射电镜研究,拍摄到清晰的晶格象和电子显微象,发现茫崖型和小八宝型的温石棉纤维的晶格条纹、晶格缺陷及纤维形貌有明显差异。这种差异与成棉地质条件和温度有关。

天然纳米管纤蛇纹石的结构性能和应用研究

纤蛇纹石是一种独特的天然硅酸盐矿物纤维,具有纳米中空管状结构,以及表面化学活性和生物活性高等特点,在环境治理、纳米材料制备等领域得到广泛的关注和研究。以纤蛇纹石纳米管为模板,可组装一维量子点和量子线;酸蚀得到的一维氧化硅纳米线也可作为载体合成一维纳米复合材料,在催化、光电等方面有广泛的应用。针对纤蛇纹石独特的纳米管和物理化学性质进行应用研究,发挥其管状结构均一、稳定的优势,对于天然纳米材料的发展具有十分重要的现实意义。

合成纤蛇纹石纳米管的CdS组装实验研究

采用超声化学法在合成纤蛇纹石纳米管内进行了组装CdS量子点的研究。利用X射线衍射仪、透射电子显微镜及紫外-可见光谱仪对组装样品进行了分析表征。透射电镜观察发现在纤蛇纹石纳米管中组装的CdS量子点呈分散的球形粒子,直径约3-6nm;X射线衍射分析表明在纤蛇纹石纳米管中所组装的CdS量子点为-βCdS型结构,其平均晶粒度约为4.1nm;紫外-可见吸收光谱研究表明CdS量子点的吸收边蓝移了约10nm。

水热法合成掺杂铁离子纤蛇纹石纳米管

本工作研究了在水热条件下纤蛇纹石纳米管的人工合成,通过掺杂Fe3+离子替代了纤蛇纹石晶格中的Mg2+离子。采用X-射线衍射、扫描电镜、透射电镜、红外光谱和电子自旋共振谱等手段研究了掺杂离子对纤蛇纹石晶体生长和晶体结构的影响。X-射线衍射分析表明随着掺杂Fe3+离子量的增加所得到的纤蛇纹石样品其晶胞参数b值逐渐减小。电子自旋共振谱、红外光谱分析表明Fe3+离子部分替代了Mg2+离子和Si4+离子进入纤蛇纹石的八面体和四面体结构单元。透射电镜研究表明掺杂前后所得到的纤蛇纹石内径分别为6￣8nm和8￣15nm。

纤蛇纹石的水热生长机制研究

以氧化镁和二氧化硅为原料,采用水热法在不同反应时间下合成了一系列纤蛇纹石纳米管。利用X-射线衍射(XRD)、红外光谱(IR)、扫描电镜(SEM)、高分辨透射电镜(TEM)等手段研究了纤蛇纹石晶体生长和晶体结构随反应时间的变化过程。X-射线衍射和红外光谱分析表明:随着反应时间的增加所得到的纤蛇纹石样品结晶逐渐完善、卷曲程度逐渐增大;电镜分析表明:获得的纳米管的外径和内径分别为15～40nm和6～9nm,长度为50～300nm,出现了双层管式结构。根据实验结果,结合负离子多面体配位生长理论对纤蛇纹石的生长机理研究表明,纤蛇纹石是由片状逐渐卷曲成管状的。

硫酸氢铵焙烧纤蛇纹石短纤维制备纤维状多孔SiO_2

基于纤蛇纹石一维纳米管结构和形态属性,以石棉尾矿中分选的纤蛇纹石短纤维为原料,采用硫酸氢铵与纤蛇纹石短纤维混合焙烧,选择性浸出纤蛇纹石短纤维中主要金属氧化物,制备纤维状多孔SiO2。获取去金属氧化物作用(以氧化镁浸取率表征)最佳浸取条件为:NH4HSO4/MgO摩尔比为2.5,焙烧温度为500℃,焙烧反应时间为1.5 h。结合焙烧过程分析,证明焙烧过程中纤蛇纹石的镁氧八面体片溶解,保留和修饰了硅氧四面体片残骸,最终形成纤维状多孔SiO2。对制备的纤维状多孔SiO2样品进行表征,其中SiO2含量为94.71%,且保持纤维纳米属性。此研究为纤维状多孔SiO2制备提供新的方法。

吸附法对天然斜纤蛇纹石纳米管内径的表征

通过解析吸附等温线研究了天然斜纤蛇纹石的中空纳米管特征 ,与电子显微镜的分析结果比较 ,证明氮气吸附法是表征天然斜纤蛇纹石的中空纳米管内径特征的有效方法。该方法可以获取较大量样品的内径大小、分布和变化的特征信息 ,对其特殊理化性能的研究有特别意义。与其他表征方法结合可获得更完整的中空管参数 (包括外径 ) 。

斜纤蛇纹石的管道水特征研究

河北涞源斜纤蛇纹石为较小的中孔纳米管材料,通过氮吸脱附法、差热和热重曲线分析法、差示扫描量热分析法和红外光谱分析法,主要分析了其纳米管中管道水特征,明确了管道水作为有效加速剂和载体的作用,对以及对抗拉强度和介电常数的影响。研究表明斜纤蛇纹石纳米管中存在管道水(属于吸附水),去除温度在240℃±,内径为2nm～3nm的纳米管中管道水含量最高,管道水含量与纳米管分散度成反比。

Ni^(2+)掺杂纤蛇纹石纳米管的制备与磁性研究

通过水热法制备了Ni2+掺杂纤蛇纹石纳米管。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和磁性测试等手段研究了合成样品的形貌、结构以及磁性与掺杂量的关系。结果表明:合成纳米管样品的内、外径分别为6~7nm和30~40nm;随Ni2+掺杂量的增加,合成样品的晶胞参数b0值从0.9190nm增加到0.9261nm;掺杂后的样品具有室温铁磁性,在相同外磁场下,饱和磁化强度随着Ni2+掺杂量的增加从2.2×10-4A.m2.kg-1增加到4.7×10-4A.m2.kg-1,部分Ni以氧化镍的形式存在于纳米管样品的管内,并表现出顺磁性特征。

纤蛇纹石石棉及代用纤维粉尘的光谱研究与噻唑蓝(MTT)比色法分析

以纤蛇纹石石棉、陶瓷纤维、玻璃纤维、岩棉、硅灰石为受试物,采用噻唑蓝(MTT)比色法检测染毒72h后V79细胞的存活率,并通过吉姆萨染色观察细胞形态学上的变化。不同浓度ρ/(μg.ml-1)的矿物粉尘(100,200,400,600,800,1000)作用72h后,V79存活率下降,细胞增殖明显受到抑制并出现大量细胞衰亡,呈现出剂量效应关系,且细胞毒性大小为玻璃纤维>纤蛇纹石石棉>陶瓷纤维>硅灰石>岩棉;形态学观察发现染毒细胞出现空泡、肿胀、裸核、黑褐色颗粒以及胞浆胞核模糊、形态变化等现象,且不同的粉尘对V79细胞的影响不同。总体而言,岩棉是五种粉尘中毒性最低的石棉代用纤维。

铁磁性Cr^(3+)掺杂纤蛇纹石纳米管的制备与表征

研究了在水热条件下,通过离子替代的方法制备Cr3+掺杂纤蛇纹石纳米管。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、红外光谱和磁性测试等手段对样品进行了表征。结果表明,掺杂Cr3+后的纤蛇纹石样品其晶胞参数b值增大,内外径分别为6～8nm和30～40nm,长度为50～300nm;掺杂样品中,Cr3+部分替代了Mg2+进入纤蛇纹石的八面体结构单元层中,使得其具有室温铁磁性和磁滞回线特性。