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应用贝壳的亲疏水特征 [复制链接]

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贝类是软体动物,全球约有十二万种,具有巨大的价值。目前我们对贝类资源的利用基本局限于食用贝肉,而对于质量百分比超过80%的贝壳,利用措施并不完善。其实贝壳具有非常高的利用价值。

1.用作吸附剂。贝壳粉的主要成分是碳酸钙,具有吸附性,可替代石灰石作为污染处理剂。将贝壳煅烧/粉碎并加入硬脂酸钠进行改性,能制备成疏水性强,可漂浮于海面的海洋油污吸附材料,有效吸附水体中的有机污染物。

2.用作功能材料。分离贝壳得到珍珠层后进行机械研磨,得到生物涂料,其稳定性良好且具有亲水,亲油的双亲性,有望在水性涂料和高分子复合材料领域得到广泛应用。

贝壳作为一种天然生物材料,其具有巨大的应用潜力。故而广西大学的张刚生教授课题组就从中维界面上,研究了贝壳矿物结构中的亲疏水性,以期对未来的贝壳应用提供有效的信息和价值。

01

样品信息

图1.1.翡翠贻贝;2.三角帆蚌;3.合浦珠母贝;4.无机文石;5.无机方解石;白框为接触角测量区域

研究选取翡翠贻贝、三角帆蚌以及合浦珠母贝三种中国主要经济贝类,对其壳层内表面中维界面的疏水特征进行详细测量。贝壳中的矿物成分主要可分为文石及方解石,因此,通过对无机文石及方解石接触角的测量,旨在证明贝壳中矿物结构的亲疏水特征。

仪器:KRüSSDSA接触角分析仪

02

结果与讨论

图2.翡翠贻贝;2.三角帆蚌;3.合浦珠母贝;4.无机文石(上)、无机方解石(下)

翡翠贻贝、三角帆蚌、合浦珠母贝三种贝壳内表面的水接触角分别为°、°、°,均大于90°,与前人对鲍鱼壳及某种未命名贻贝的接触角测量结果一致;而无机文石及无机方解石的水接触角分别为52°、59°,均小于90°。此结果证明了前者具有疏水性,而后者为亲水性。

表1.贝壳内表面、无机文石及无机方解石表面的接触角

通过表1中的数据,一方面可以确定三种贝壳的内表面接触角平均数值均大于90°,明确了它们的疏水特征。贝壳内表面疏水特征属于一般现象,与贝壳种类无关。由Nakahara年的文章可知,贝壳珍珠层始终被一层有机质覆盖,以保护珍珠层生长面结构。因此可知本文对贝壳内表面接触角的测量实际是对覆盖在其表面的有机质的测量,即贝壳中的有机质层具有明显的疏水特征。而另一方面,表1中无机文石及无机方解石表面的接触角数值均小于90°,证明了其亲水特征。贝壳中的矿物成分主要为文石及方解石,因此可以说贝壳板片也具有亲水特性。对于以多层交替排布的贝壳结构来说,上述结论对其中板片的独特生长模式可能存在重要意义,有待日后进一步的研究。

图3.表壳层及其内表面微结构的显微镜光学照片

表壳层边缘接触角照片

表壳层内部接触角照片

前人的研究表明,表壳层内表面具有一种与荷叶表面的微结构相似的独特微型结构——乳状突起(图3)。翡翠贻贝表壳层边缘的接触角平均为67°,内部的接触角平均为°,证明其表壳层内表面边缘具有亲水性,内部具有疏水性。同时,由于这种结构并非完全覆盖整个表壳层内表面,而是从边缘至内部从无到有逐渐增多,所以表壳层内表面边缘的接触角要小于内部位置的接触角,证实了乳状突起具有疏水特征。可以推测表壳层内表面的乳状突起微结构及其亲疏水特征对贝壳的初始矿化具有重要意义。

03

总结

贝壳中维界面中的各组成部分均表现出不同的亲疏水特征。在空间分布上,可大体看出亲疏水特征由内表面的疏水性到贝壳板片所体现的亲水性,再到表壳层内表面体现的疏水性的动态转变。这种多层次动态转变可能对贝壳矿物生长结构及形式以及初始矿化过程的形成起到关键性的作用,为日后的进一步研究提供了方向。

内容有所删减,可参考下方原文,了解详细信息。

本文来自

王日泽,高若何,俸鑫,张刚生.贝壳中维界面的亲疏水特征[J].广东海洋大学学报,,40(1).

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