改性矿泥的制备及微观形貌分析

吴 婧，方振兴，曾 颖，潘 虹

(黑龙江省科学院火山与矿泉研究所，黑龙江 五大连池 164155； 黑龙江省科学院高技术研究院，哈尔滨 150020)

1 引言

五大连池火山矿泥形成于著名的五大连池火山低温冷矿泉，是由30万年前火山喷发后的火山灰与矿泉水相互浸泡、经长期风化、水化形成的天然熟化矿物质泥，质地黏稠细腻。矿泥中含有30多种微量元素，20多种有机酸，作为绿色化妆品原料，具有无毒、无刺激、性质稳定等优点，在控油、保湿、洁肤等方面具有良好的效果。近年来，开发的一系列冷泉矿泥护肤产品深受消费者一致好评和认可。矿泥护肤产品研制为地方经济发展做出突出贡献[1-3]。矿泥在化妆品领域具有良好的发展前景，为了更好地开发其功能，使其今后成为更好的功能性化妆品材料，本研究以五大连池火山矿泥为原料，通过热改性法，对矿泥进行改性研究[4-6]。使用冷场发射扫描电子显微镜(SEM)观察探究其微观形貌，研究分析不同改性条件对矿泥微观形貌的影响。

2 实验仪器

自制矿泥采样器，LGJ-18低温冷冻干燥箱(哈仁众科技发展有限公司生产)，KSW-4D-16电温度控制器(哈尔滨第二电炉厂生产；0℃～1 200℃)，FA2204B电子分析天平(上海精科生产)，JSM-7500F冷场发射扫描电子显微镜(日本电子公司生产)，DHG-9640A智能烘干箱(哈仁众科技发展有限公司生产)。

3 实验方法

3.1 样品预处理

采集五大连池区域典型矿泥，去除草根枯叶等杂质，放入低温冷冻干燥箱，干燥72 h，再放入鼓风干燥箱中50℃干燥24 h。用研钵研磨成粉状，过100目尼龙筛标注后备用。

3.2 改性矿泥的制备

称取预处理的矿泥每份15 g，尽量将矿泥粉平铺于坩埚，避免泥粉堆积。将电温度控制器分别设定200℃、300℃、400℃、500℃、600℃，每个温度煅烧30 min，考察不同温度点时矿泥的状态及微观形貌特征。

3.3 改性矿泥的微观结构观察

使用日本电子公司生产的JSM-7500F冷场发射扫描电子显微镜(TEM)对矿泥及不同改性条件(200℃、300℃、400℃、500℃、600℃)下矿泥的微观结构和形貌进行研究分析。放大倍数2万～10万倍；加速电压5 kV。

4 结果与讨论

4.1 改性形貌观察分析

考察煅烧温度分别为200℃、300℃、400℃、500℃、600℃时，改性矿泥的颜色及微观结构状态，如表1所示。由表1可知，随着煅烧温度的不断增高，当温度≥500℃、颜色由灰色变为砖红色，这是由于矿泥中铁被氧化所致。SEM的微观结构观察：温度≥300℃，微观结构由片状结构变为带孔蜂窝状结构。这是因为矿泥结构组织密集，通过一定温度热处理后，在升温过程先失去表面吸附水，继续升温则使得孔道内失去结晶水，所以出现孔状结构状态，进而增大了比表面积。可以看出，煅烧温度400℃为临界点时，颜色为灰色，孔大小较为均匀，孔数量较多。

表1 不同温度下改性矿泥状态Tab.1 The state of modified volcanic mud at different temperatures

4.2 热改性后微观形貌分析

使用扫描电子显微镜对矿泥和不同温度下改性矿泥进行微观形貌扫描观察，如图1所示：图(a)和图(b)分别为矿泥放大2万倍和10万倍扫描照，未经过处理的矿泥在显微镜下为片状团簇结构，材料紧密。图(c)和图(d)分别为400℃煅烧处理的矿泥，放大2万倍和10万倍扫描照。不同倍数显微镜下观察，经过热改性法处理的矿泥明显呈现孔状蜂窝结构，且孔大小较均匀，从10万倍高清电镜图看出，孔边界清晰，骨架材料结构完整。

图1 矿泥和热改性矿泥扫描电镜(SEM)图Fig.1 SEM images of volcanic mud and thermally modified volcanic mud

5 结论

本研究以五大连池火山泥为原料，通过热改性法，成功制备了多孔矿泥改性材料。通过扫描电镜对比观察分析得出，经过400℃煅烧得到的热改性矿泥材料，出现明显孔状结构，并且骨架较完整，材料结构稳固。通过这一研究，为矿泥材料开发利用提供理论依据。