改性礦泥的制備及微觀形貌分析

吳 婧，方振興，曾 穎，潘 虹

(黑龍江省科學院火山與礦泉研究所，黑龍江 五大連池 164155； 黑龍江省科學院高技術研究院，哈爾濱 150020)

1 引言

五大連池火山礦泥形成于著名的五大連池火山低溫冷礦泉，是由30萬年前火山噴發后的火山灰與礦泉水相互浸泡、經長期風化、水化形成的天然熟化礦物質泥，質地黏稠細膩。礦泥中含有30多種微量元素，20多種有機酸，作為綠色化妝品原料，具有無毒、無刺激、性質穩定等優點，在控油、保濕、潔膚等方面具有良好的效果。近年來，開發的一系列冷泉礦泥護膚產品深受消費者一致好評和認可。礦泥護膚產品研制為地方經濟發展做出突出貢獻[1-3]。礦泥在化妝品領域具有良好的發展前景，為了更好地開發其功能，使其今后成為更好的功能性化妝品材料，本研究以五大連池火山礦泥為原料，通過熱改性法，對礦泥進行改性研究[4-6]。使用冷場發射掃描電子顯微鏡(SEM)觀察探究其微觀形貌，研究分析不同改性條件對礦泥微觀形貌的影響。

2 實驗儀器

自制礦泥采樣器，LGJ-18低溫冷凍干燥箱(哈仁眾科技發展有限公司生產)，KSW-4D-16電溫度控制器(哈爾濱第二電爐廠生產；0℃～1 200℃)，FA2204B電子分析天平(上海精科生產)，JSM-7500F冷場發射掃描電子顯微鏡(日本電子公司生產)，DHG-9640A智能烘干箱(哈仁眾科技發展有限公司生產)。

3 實驗方法

3.1 樣品預處理

采集五大連池區域典型礦泥，去除草根枯葉等雜質，放入低溫冷凍干燥箱，干燥72 h，再放入鼓風干燥箱中50℃干燥24 h。用研缽研磨成粉狀，過100目尼龍篩標注后備用。

3.2 改性礦泥的制備

稱取預處理的礦泥每份15 g，盡量將礦泥粉平鋪于坩堝，避免泥粉堆積。將電溫度控制器分別設定200℃、300℃、400℃、500℃、600℃，每個溫度煅燒30 min，考察不同溫度點時礦泥的狀態及微觀形貌特征。

3.3 改性礦泥的微觀結構觀察

使用日本電子公司生產的JSM-7500F冷場發射掃描電子顯微鏡(TEM)對礦泥及不同改性條件(200℃、300℃、400℃、500℃、600℃)下礦泥的微觀結構和形貌進行研究分析。放大倍數2萬～10萬倍；加速電壓5 kV。

4 結果與討論

4.1 改性形貌觀察分析

考察煅燒溫度分別為200℃、300℃、400℃、500℃、600℃時，改性礦泥的顏色及微觀結構狀態，如表1所示。由表1可知，隨著煅燒溫度的不斷增高，當溫度≥500℃、顏色由灰色變為磚紅色，這是由于礦泥中鐵被氧化所致。SEM的微觀結構觀察：溫度≥300℃，微觀結構由片狀結構變為帶孔蜂窩狀結構。這是因為礦泥結構組織密集，通過一定溫度熱處理后，在升溫過程先失去表面吸附水，繼續升溫則使得孔道內失去結晶水，所以出現孔狀結構狀態，進而增大了比表面積。可以看出，煅燒溫度400℃為臨界點時，顏色為灰色，孔大小較為均勻，孔數量較多。

表1 不同溫度下改性礦泥狀態Tab.1 The state of modified volcanic mud at different temperatures

4.2 熱改性后微觀形貌分析

使用掃描電子顯微鏡對礦泥和不同溫度下改性礦泥進行微觀形貌掃描觀察，如圖1所示：圖(a)和圖(b)分別為礦泥放大2萬倍和10萬倍掃描照，未經過處理的礦泥在顯微鏡下為片狀團簇結構，材料緊密。圖(c)和圖(d)分別為400℃煅燒處理的礦泥，放大2萬倍和10萬倍掃描照。不同倍數顯微鏡下觀察，經過熱改性法處理的礦泥明顯呈現孔狀蜂窩結構，且孔大小較均勻，從10萬倍高清電鏡圖看出，孔邊界清晰，骨架材料結構完整。

圖1 礦泥和熱改性礦泥掃描電鏡(SEM)圖Fig.1 SEM images of volcanic mud and thermally modified volcanic mud

5 結論

本研究以五大連池火山泥為原料，通過熱改性法，成功制備了多孔礦泥改性材料。通過掃描電鏡對比觀察分析得出，經過400℃煅燒得到的熱改性礦泥材料，出現明顯孔狀結構，并且骨架較完整，材料結構穩固。通過這一研究，為礦泥材料開發利用提供理論依據。