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關于蒙脫石產品的學習與思考

來源: 廣州鑫牧  點擊:21980次 發布時間:2014-07-21

關于蒙脫石產品的學習與思考
  2012年6月1日,中華人民共和國農業部公告第1773號制定的《飼料原料目錄》將蒙脫石列入了飼料原料,編號為11.1.7。一時間,市場上便涌現了大量的蒙脫石商家,魚龍混雜,產品價格從3--4元/公斤到30--40元/公斤不等,產品質量也是良莠不齊,對產品的作用機理及功效更是眾說紛紜。
  通過大量的閱讀、調查,我將手上的材料整理成本文,并寫下幾點自己的思考,分享給行業內的朋友們。水平有限,還望行業內的專家多多批評指正。
一、定義與分類:
1、定義:
  狹義上講,蒙脫石(montmorillonite)又名微晶高嶺石,是一種層狀結構、片狀結晶的硅鋁酸鹽粘土礦,因其最初發現于法國的蒙脫城而命名的,俗名稱觀音土。其族系物有11種,其化學簡式為(Na,Ca) 0.33 (Al,Mg)2[Si4O10](OH)2•nH2O,葉片狀硅鋁酸鹽通過交聯的硅酸鹽四面體和交聯的鋁酸鹽八面體的薄片的相互壓縮而形成片層結構。二價或三價的陽離子包裹在帶有氧和羥基的八面體中,硅處于帶有氧和羥基的八面體中。
  硅酸鹽四面體和鋁酸鹽八面體兩者以1:1的比例形成了分子式為M2-3Si2O5(OH)4的層狀硅鋁酸鹽粘土;若在兩層硅酸鹽四面體中插入鋁酸鹽八面體(2:1的比例)就形成了三型的層狀硅鋁酸鹽M2-3Si4O10(OH)2;三型硅鋁酸鹽通過氧離子鏈狀排列形成鏈型層狀硅鋁酸鹽。
  硅鋁酸鹽粘土礦是粘土類礦物中晶體結構變異最強的礦物之一,通過衍射儀慢速掃描的試驗結果表明為天然納米材料。
  廣義上講的蒙脫石多是指膨潤土原礦,常呈土狀隱晶質塊狀,電鏡下為細小鱗片狀。為了區分膨潤土,工業用蒙脫石又追加定義,在膨潤土原礦中,當硅鋁酸鹽粘土礦的含量80%以上時,才稱作為蒙脫石。
2、分類:
  蒙脫石的類型是根據蒙脫石的層間陽離子種類決定的:
  層間陽離子為Na+時稱鈉基蒙脫石;
  層間陽離子為Ca2+時稱鈣基蒙脫石;
  層間陽離子為H+時稱氫基蒙脫石;
  層間陽離子為有機陽離子時稱有機蒙脫石。
二、蒙脫石晶體結構特性:
1、電負性。
  硅氧四面體中的硅可被鋁置換,鋁氧八面體中的鋁可被鎂、鐵、鋅等多種離子置換。由于Al3+置換Si4+,使得蒙脫石晶體整體帶負電荷。
2、陽離子交換性。
  為達到電荷平衡,蒙脫石晶胞會吸附K+、Na+、Ca2+等交換性陽離子,另外八面體片中的OH-置換O2-也可部分中和晶格中的負離子,因此蒙脫石類礦物有吸附陽離子和極性有機分子的能力,這些陽離子或分子在一定條件下具有“可進可出”的交換性。
3、吸水膨脹性。
  兩個結構單元層之間以分子間力連結,結構較松散,在外力或極性水分子的作用下層間會產生相對運動而膨脹或剝離。水分子或其它有機分子可以進入層間,造就了其強吸水膨脹性、高分散性、懸浮性、觸變性、潤滑性和吸附性等。
三、與膨潤土、高嶺土、白土的區別:
1、與膨潤土的區別:
  膨潤土是以蒙脫石為主要礦物成分的非金屬礦產,它的一些性質也都是由蒙脫石所決定的。但是膨潤土中也含有大量的雜質,大約在5-10%左右,方英石(一種致癌物質)的含量大約在20%以上,重金屬超標等一些問題存在。
  廣義上講的蒙脫石實際上也是一種膨潤土,只是蒙脫石本命體的含量在80%以上,而且作了除雜、提純處理。
2、與高嶺土的區別:
  高嶺土是一種主要以高嶺石為主要成分的黏土礦物,是一種含水硅鋁酸鹽礦物,高嶺石的化學簡式為:Al4[Si4O10](OH)8,主要呈白色軟泥狀,顆粒細膩,狀似面粉。其化學成分相當穩定,被譽為“萬能石”。為制造瓷器和陶器的主要原料。
  區別在于空間結構:高嶺石是一種含水的鋁硅酸鹽,為三斜晶系,結構層間沒有陽離子或水分子存在,強氫鍵(O-OH=0.289nm)加強了結構層之間的連結。而蒙脫石又名微晶高嶺石,是一種層狀結構、片狀結晶的硅酸鹽粘土礦,為單斜晶系,結構層間有陽離子或水分子存在,強氧離子鏈加強結構層之間的連結。
3、與白土的區別:
    白土是膨潤土的一種,是一種含鎂質的粘土,其中MS0含量15%-26%,白土是俗名。其組成81%左右為富鎂蒙脫石,10%為石英,4%為云母類礦物,其余為含鐵的礦物和少量鈣鹽等雜質。
三、在畜牧行業應用的價值:
1、對動物的?;ぷ饔茫?/strong>
  蒙脫石對動物的?;ぷ饔迷從謁鈉嘰蠊δ?。
  ①吸附、固定功能:結構中不均勻帶電性使其可以吸附各種消化道致病因子。蒙脫石藥理研究表明:它對大腸桿菌、霍亂弧菌、空腸彎曲菌、金黃色葡萄球菌和輪狀病毒以及膽鹽都有較好的吸附作用;對細菌毒素有固定作用;蒙脫石只吸附、固定表面帶有粒編碼蛋白(CS31A)的致病性帶電病原菌,對表面不帶 CS31 A 的正常菌群無固定清除作用。
  ②粘膜屏障功能:蒙脫石與消化道粘液蛋白靜電結合,可以增加粘液量并改善粘液質量提高粘液的內聚力和彈性。
  ③修復功能:蒙脫石可以修復受損的消化道上皮細胞。
  ④凝血功能:蒙脫石激活凝血因子,在消化道表面形成以蒙脫石顆粒為核心的血粘塊,還可以促進血管收縮減緩局部血流,減少出血。
  ⑤解毒功能:添加蒙脫石控制殘留農藥的毒性。蒙脫石對鉛等重金屬中毒有治療作用。
  ⑥無抗體功能:沒有任何跡象表明任何微生物對該產品產生了抗性。蒙脫石不進入血液,完全排除體外,絕不殘留,是綠色動物保健品。
  ⑦抗應激功能:在斷奶前后服用納米蒙脫石,可有效地降低應激反應。在苗豬出欄時,可提前3天服用蒙脫石,可減少捕抓中因驚嚇而造成的應激反應,也可減少運輸中的應激排便等。
2、在商品飼料中的運用:
  ①蒙脫石是一種效果顯著的脫霉添加劑:飼料中霉菌毒素的污染及其所造成的危害仍然嚴重。浙江大學飼料科學研究所的測試,蒙脫石對霉菌毒素具有強力吸附作用,吸附力(%)如下:黃曲霉毒素100%;玉米赤霉烯酮88%;赭曲霉毒素72%;麥角毒素100%;串珠鐮孢菌毒素91%。
  ②蒙脫石可平衡飼料元素:蒙脫石可平衡飼料元素,可降低飼料中鉛的含量和農藥含量。在日糧中添加0.5%蒙脫石可以顯著改善鉛含量為 10mg/kg鉛誘導的損傷,明顯降低了豬全血、腦、肝、腎、骨和毛等組織中鉛含量。結果表明蒙脫石對鉛中毒有潛在的治療作用。添加蒙脫石可控制殘留農藥的毒性。
 ?、勖賞咽剎糠痔媧股刂瘟聘剮海豪妹賞咽某課攪拔蛘托?,用于治療禽畜類腹瀉痢疾等疾病。具有無藥物殘留、無激素、無耐藥性、療效穩定、無毒副作用等優點,對大腸桿菌、霍亂弧菌、空腸彎曲菌、金黃色葡萄球菌和輪狀病毒及膽鹽都有較好的吸附作用,對細菌毒素有固定作用,能修復和提高胃腸粘膜對致病因子的防御功能。
  ④改良劑:由于特有的吸水膨脹性、高分散性、懸浮性、觸變性、潤滑性和吸附性等,蒙脫石一是能夠提高飼料的適口性和改進飼料的松散性,延緩飼料通過消化道的速度,增加營養物質本身反應的表面積,也增加了營養物質與消化道粘膜接觸的表面積,使營養物吸收得更充分,從而提高飼料利用率。二是可降低家禽糞便中的水分,保持欄內干燥,減少發病率。
  ⑤預混料載體:蒙脫石是預混料載體的首選。由于蒙脫石粉劑吸附力強、致密細膩、流動性好,而作為預混料的載體較磷酸氫鈣、重鈣要優良得多。實驗表明:加工過程中不會產生分層現象,均勻混合性能好,對各種維生素、微量元素分散吸附力強,均勻牢固,可以防潮、防霉、防蟲蛀、防變質,增加微量元素的含量。
  ⑥膠粘劑:蒙脫石目前已經廣泛作為顆粒飼料和水產餌料的膠粘劑。蒙脫石具有較強的粘結性,完全可以代替常用的羧基纖維素、次粉等,不僅膠粘效果好,而且可塑性強,成型的粒子型整齊、表面光滑,成本大大低于傳統粘結劑。
  ⑦稀釋劑:蒙脫石作為稀釋劑用于干燥發酵全液制成的產品中。采用PRT作為發酵飼料的稀釋劑,蒙脫石能將活性成分標準化,發酵干燥物的比例可占75%~95%,其余部分由蒙脫石來補充。
四、我對蒙脫石的幾點思考:
1、蒙脫石的吸附力是物理吸附還是化學吸附?
  蒙脫石的吸附作用分為選擇性吸附和非選擇性吸附。非選擇性吸附就是通常說的交換吸附,屬于靜電作用,由蒙脫石晶體所帶的永久電荷量控制。蒙脫石空間結構中鋁氧八面體中的鋁可被鎂、鐵、鋅等多種離子置換,由于Al3+置換Si4+,使得蒙脫石晶體整體帶永久負電荷。選擇性吸附則不然,它屬于化學吸附,受可變電荷表面的電量控制??殺淶綰殺礱媸侵贛山鶚衾胱雍汪腔槌傻謀礱?,羥基暴露在表面上。
  以Cu2+為例,它被蒙脫石吸附后形成了三種結構狀態:①Cu2+以水合離子的形式存在于蒙脫石層間;②有部分Cu2+進入了Si-()四面體的復三方形孔洞中;③有少量Cu2+進入了鋁氧八面片的空位。前者屬于交換吸附,后兩者屬于化學吸附。
  蒙脫石吸附黃曲霉毒素后,在紅外光譜中35075px~(-1)和33875px~(-1)吸收峰消失,這說明蒙脫石對黃曲霉毒素存在化學吸附,其選擇性吸附機制可能主要是由于它們邊緣的羥基與黃曲霉毒素之間形成了雙氫鍵。(齊德生2004年)
  蒙脫石對黃曲霉毒素的吸附屬于化學吸附,原理是蒙脫石中的金屬離子與霉菌毒素中的二羰基系統反應形成金屬螯合物。
2、對營養物質的吸收?
  蒙脫石對營養物質有一定的吸附性,但也可被水解吸。
  蒙脫石晶體為永久負電荷表面,所帶電荷不隨pH 值發生變化。當吸附反應體系的 pH 值低于吸附質(賴氨酸、維生素B2)等電點時,吸附質帶正電荷,可置換蒙脫石表面陽離子, 此時,蒙脫石對吸附質的吸附力除范德華力外還存在庫侖引力。酸度越大, 吸附質帶正電荷越多,庫侖引力越強, 蒙脫石對吸附質的吸附量也就越大。反之,隨 pH 值增加, 膨潤土對吸附質的吸附量會減少。(齊德生2003年)
  實驗證明:在溶液pH 2.0和8.0時,蒙脫石對賴氨酸最大吸附量分別為64.1mg/g和49.3mg/g;改性蒙脫石的賴氨酸最大吸附量分別為45.4mg/g和33.8mg/g。它們對維生素B2的吸附符合Nernst模型,即吸附量與溶液中維生素B2的濃度呈直線相關。蒙脫石對賴氨酸及維生素B2的吸附量較改性蒙脫石的大。在蛋氨酸含量低于0.2%時,它們對蛋氨酸均不吸附。賴氨酸、維生素B2被它們吸附后可被水解吸。在pH2.0及pH8.0環境下吸附后,再用pH8.O的水解吸時,蒙脫石表面賴氨酸的解吸率分別為0.3%和20.8%,改性蒙脫石的解吸率分別為38.7%和25.2%;蒙脫石吸附維生素B2的解吸率分別為79.3%和44.6%,改性蒙脫石的解吸率分別為89.2%和51.9 %。改性蒙脫石對賴氨酸和維生素B2的吸附量較蒙脫石小,而解吸率較蒙脫石大,可見,蒙脫石經適當改性后能獲得更理想的物化性能,應用價值提高。(齊德生2003年)
  蒙脫石的吸附、離子交換特性,造成了對礦物營養狀況的潛在影響。有研究證實:蒙脫石會對Cu、Ca、P、Zn、Mn等礦物營養都有吸附,但在商品飼料中,對礦物質生物利用率的影響有待進一步論證。
3、長期在飼料中添加有無危害?   
  蒙脫石對人和植物無腐蝕、無毒、無刺激,在機體內也不能被吸收和利用。能否長期使用,會不會對機體產生不良影響尚無研究結論。
4、去雜、提純、改良的必要性?
  蒙脫石屬于資源性的產品,部分區域含量在80%以下的膨潤土礦比較普遍,但含量超過90%而且重金屬、方英石等不超標的礦山則非常少見。因此,對蒙脫石原礦的去雜、提純處理尤為重要。   
  另外,蒙脫石的改良處理是指利用層間離子交換原理,將層間離子置換成Na+或是有機離子,這種改良蒙脫石在吸附率及解吸率有一定的提升,而且還能形成排鏈結構。

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