麦饭石的理化性能及其在水质优化中的应用_李娟

同 程 度 的 吸 附 作 用［１６］。麦 饭 石 吸 附 细 菌 是 因 为 菌 体 蛋
白质中大量的－ Ｎ＋和麦饭石表面的多个［－ ＳｉＯ］－ 负离子
团发生多重结合， 抑制了细菌的活动和繁殖速度， 降
低细菌的浓度。用静态法将麦饭石在纯水及 ３５ｍｇ／Ｌ
的 ＣｕＳＯ４ 溶 液 中 浸 泡 １ｈ， ＣｕＳＯ４ 溶 液 中 Ｃｕ２＋浓 度 降 至 ５．２ｍｇ／Ｌ， 而其中的 Ｎａ＋、Ｍｇ２＋、Ｃａ２＋浓度却比纯水浸
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第 ３１ 卷
石玉臣等指出， 麦饭石中不同元素的溶出率不 同； 对人体有益的微量元素， 如 Ｌｉ、Ｍｎ、Ｓｒ、Ｔｈ、Ｓｅ、Ｇｅ、 Ｍｏ 等溶出率较高， 溶出量较大； 对人体有害的元素 Ｐｂ、Ｈｇ、Ａｓ、Ｃｄ 等因麦饭石的产地不同而不同， 但即使 溶出率高者， 其溶出量也甚微， 远低于生活饮用水质 限 值 ［４］。 麦 饭 石 中 微 量 元 素 的 溶 出 过 程 受 元 素 扩 散 传 质控制， 所有改善微量元素扩散传质的措施， 如减小 颗粒尺寸， 缩短元素扩散的路径， 增加温度和时间都 有利于提高微量元素的溶出； 麦饭石的矿物组成和结 构、晶格能及离子水化能， 溶出介质的种类及酸碱度、 搅拌等都对矿物元素的溶出量有一定的影响［８－ ９］。随着 麦饭石溶出次数的增加， 矿化度明显降低， 麦饭石的 使用次数是有限的。Ｈｏｎｇ 等曾对河南境内的天然麦 饭石样 、６００℃条 件 下 煅 烧 的 麦 饭 石 样 和 １０００℃条 件 下煅烧的麦饭石样分别进行有毒元素溶出实验， 结果 表明， 有毒元素 Ｐｂ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ａｓ 的溶出率均低于我国 饮用天然矿泉水国家标准（ ＧＢ８５３７－ １９９５） ， 有益微量 元 素 的 溶 出 率 随 温 度 升 高 而 增 大［１］。 但 就 各 种 元 素 的 溶出而言， 微量元素的溶出程度比常量元素大［１０］。 １．３ 吸附性
（ １． Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｎｖｉｒ． Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｈｕｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００８２， Ｃｈｉｎａ； ２． Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅａｒｔｈ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ， Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８３， Ｃｈｉｎａ）
麦饭石（ Ｍａｉｆａｎｓｈｉ， Ｍｅｄｉｃａｌ ｓｔｏｎｅ， Ｈｅａｌｔｈ ｓｔｏｎｅ， Ｍａｉｆａｎ ｓｔｏｎｅ） 是由原岩经蚀变、风化作用而形成的结 构疏松的层状、脉状、透镜状的活性矿物， 因其外貌颇 似大麦米煮出的饭团而得名［１－ ３］。
我国麦饭石资源丰富， 内蒙古奈曼旗、天津蓟县、 辽 宁 阜 新 、浙 江 四 明 山 、江 西 赣 南 、台 湾 台 东 、河 南 嵩 山 、吉 林 长 白 山 、河 北 灵 寿 、山 东 青 岛 和 泰 山 、陕 西 户 县等地均有大量矿藏［２－ ５］。
麦 饭 石 对 各 种 重 金 属 离 子 、细 菌 、亚 硝 酸 盐 、苯 酚 和水气等具有显著的吸附性能［４］。
麦 饭 石 中 的 高 岭 土 、蒙 脱 石 、绿 泥 石 及 黑 云 母 经 蚀变风化形成具有层状结构的粘土矿物。在这些粘土 矿物的层状结构中， 四面体与八面体交替排列， 晶格 中 Ａｌ３＋代替 Ｓｉ４＋从而出现过剩负电荷， 层间需要有另 外的阳离子来平衡负电荷， 这些阳离子与晶格结合松 弛， 遇到水中离子便会发生离子交换作用， 表现为溶 出与吸附性能［１１－ １２］。
麦 饭 石 的 色 泽 、矿 物 组 成 和 岩 石 化 学 成 分 因 产 地 地质条件和“原岩”的不同而有一定的差异。麦饭石的 原 岩 多 为 石 英 斑 岩 、石 英 二 长 岩 、石 英 闪 长 岩 、花 岗 闪 长 岩 、二 长 花 岗 岩 和 花 岗 片 麻 岩 等 。 原 岩 经 风 化 形 成 石 英 、斜 长 石 、钾 长 石 及 少 量 暗 色 矿 物 黑 云 母 、角 闪 石、磁铁矿等， 风化后的麦饭石矿物成分和化学成分 与未风化的原岩基本一致， 只是多了一些高岭土、绢 云 母 、蒙 脱 石 、绿 泥 石 等 蚀 变 矿 物 ［３］。 麦 饭 石 含 有 多 种 对 生 物 生 长 发 育 有 益 的 常 量 、微 量 元 素 以 及 被 称 作 动 物生长调节剂的稀土元素和微量氨基酸［６－ ７］， 这些元素 都 具 有 良 好 的 溶 出 性 、矿 化 性 、生 物 活 性 、吸 附 性 、以
至达到溶度积值为止。因此， 水中缺少的元素或离子，
能从加入的麦饭石中得到溶解补充； 水中己存在的或
含 量 较 高 的 元 素 或 离 子 ， 因“ 同 离 子 效 应 ”而 保 持 平
衡。比如麦饭石中的硅酸盐能溶出 ＳｉＯ３２－ ， 可使水中 ［Ｃａ２＋］·［ＳｉＯ３２－ ］和［Ｍｇ２＋］·［ＳｉＯ３２－ ］的值超过溶度积， 产生 ＣａＳｉＯ３、ＭｇＳｉＯ３ 沉 淀 ， 使 Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋离 子 减 少 ， 水 的 硬 度降低。麦饭石可用于水壶中防止水垢生成， 还能使
１．５ 对水中元素和水质 ｐＨ 的双向调节性能
麦饭石中的长石、石英、云母等硅铝酸盐 和 硅 酸
盐矿物， 在 ｐＨ 值不同的水中溶解度不同。麦饭石中的
硅酸盐和氧化物等难溶矿物在水中的溶解和沉淀受
溶度积制约。温度不结晶； 若水中有一种离子浓度
过低达不到溶度积值时， 矿物中的成分就会溶解， 直
增加对病毒入侵的抵抗力， 它们在肝脏和肌肉细胞中
可以置换有害重金属元素， 并将其排出体外， 故麦饭石
矿化水具有“细胞洗涤剂”之称［２］。
麦饭石具有抗疲劳、抗缺氧作用， 可增加 营 养 物
质的转化率， 促进动物生长发育。用麦饭石或麦饭石
处理过的水来饲养家禽， 可提高家禽产肉产蛋率和动
物性食品中微量元素和氨基酸含量。
Ａｂ ｓｔ ｒ ａｃｔ ： Ｍａｉｆａｎｓｈｉ， ａ ｓｏｒｔ ｏｆ ｐｏｒｐｈｙｒｉｔｉｃ ｐｅａ ｇｒａｖｅｌ， ｉｓ ｃａｌｌｅｄ ｉｎ Ｃｈｉｎａ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｉｔｓ ａｐｐｅａｒａｎｃｅ ｓｉｍｉｌａｒ ｔｏ ａ ｂｉｇ ｂｒｏｗｎ ｒｉｃｅ ｂａｌｌ． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ， ｉｔｓ ｐｈｙｓｉ － ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ， ｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎ， ｂｉｏａｃｔｉｖｉｔｙ ａｎｄ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ａｒｅ ｒｅｖｉｅｗｅｄ． Ｐａｒｔｉｃｕｌａｒ ｃｏｎｃｅｒｎ ｉｓ ｐａｉｄ ｔｏ ｔｈｅ ｎｕｔｒｉｔｉｏｕｓ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｍａｉｆａｎｓｈｉ ｔｏ ｍｏｄｉｆｙ ｄｒｉｎｋｉｎｇ ｗａｔｅｒ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄ ｓ： Ｍａｉｆａｎｓｈｉ； ｐｈｙｓｉ－ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ； ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ
已结成的水垢得以清除。
麦饭石对水质 ｐＨ 进行双向调节性能， 将弱酸性
（ ｐＨ＝５） 到 弱 碱 性（ ｐＨ＝１１） 的 水 质 调 节 到 近 中 性（ ｐＨ
值在 ７．２￣９．７） ［１９］。这是因为麦饭石的主要化学组分中
及 对 水 中 元 素 和 水 质 ｐＨ 值 的 双 向 调 节 性 等 多 种 特 性， 对生物无毒无害。
１ 麦饭石的主要理化性能
１．１ 所含元素种类丰富 科学鉴定表明， 麦饭石中含有 ５０ 多种元素， 主要
化学成分为 ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｎａ２Ｏ２、Ｋ２Ｏ２、Ｆｅ２Ｏ３、 ＦｅＯ 等［１， ３］， 其中 ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３ 两者共占 ７０％以上。麦饭 石所含的常量元素有 Ｋ、Ｎａ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｍｏ 等， 稀土 元素有 Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｓｍ、Ｇｄ 等， 微量元素有 Ｇａ、 Ｇｅ、Ｓｅ、Ｓｒ、Ｌｉ、Ｖ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｏ、Ｆ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｎ、 Ｍｎ、Ｐ、Ｂａ 等［３－ ４］， 这些元素有利于人体抗疲劳、提高免 疫 能 力 、强 化 机 体 等 。 麦 饭 石 中 放 射 性 同 位 素 和 有 害 元素的含量， 均低于地壳中同种元素的含量。 １．２ 溶出性和矿化性
麦饭石的吸附性表现在具有多孔状和海绵状结 构， 比表面积相当大， 对极性较高的分子如 ＣＯ２、ＮＨ４＋ 等具有较强的吸附能力， 能够吸附对动物健康有害的 氨、硫化氢、有机氯、氰化物、杂醇油等物质； 另外， 麦 饭石的主要化学成分为 ＳｉＯ２， 能够形成以［ＳｉＯ４］４－ 为基 础， 四面体顶端氧与相邻四面体共键的空间网状结 构， 与 Ｋ＋、Ｎａ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋通过离子键结合， 当麦饭石处 于水介质环境中时， 产生部分离子化， 该结构的另一 侧表面大量的活性基团 ［－ ＳｉＯ］－ 可以捕获水中重金属 离子或细菌［３， １３－ １４］。
夏畅斌研究表明， 麦饭石对 Ｐｂ２＋的吸附主要是离 子交换和表面络合共同作用的结果， 吸附过程符合 Ｌａｎｇｍｕｉｒ 吸 附 等 温 式 ； ｐＨ 值 是 影 响 麦 饭 石 吸 附 Ｐｂ２＋ 的主要因素， ｐＨ 在 ５．５￣８ 之间吸附效果最好， ｐＨ 值太 高， Ｐｂ２＋会生成沉淀［１５］。陶学金等报道了辽宁阜新麦饭 石 对 大 肠 杆 菌 、金 黄 色 葡 萄 球 菌 、痢 疾 杆 菌 等 均 有 不
Ｏｖｅ ｒ ｖｉｅ ｗ ｏｆ Ｍ ａ ｉｆａ ｎ ｓｈ ｉ： Ｉ ｔ ｓ Ｐ ｈ ｙｓｉ－ ｃｈ ｅ ｍ ｉｃａ ｌ Ｐ ｒ ｏｐ ｅ ｒ ｔ ｉｅ ｓ ａ ｎ ｄ Ｎｕｔｒｉｔｉｏｕｓ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｉｎ Ｄｒｉｎｋｉｎｇ Ｗａｔｅｒ
ＬＩ Ｊｕａｎ１， ＺＨＡＮＧ Ｐａｎ－ ｙｕｅ１＊， ＧＡＯ Ｙｉｎｇ２， ＳＯＮＧ Ｘｉａｎｇ－ ｇｕｏ１， ＤＯＮＧ Ｊｉｎ－ ｈｕａ１
摘 要： 介绍了麦饭石的主要成分及丰富的微量元素种类， 在此基础上综述了麦饭石溶出性、矿化性、生物活性、吸附性、对水中元素 和水质 ｐＨ 值的双向调节性等特有的理化性能， 麦饭石活化改性的主要方法， 以及麦饭石在水质优化中的应用， 指出对天然麦饭石进行高 效活化改性将是今后研究工作的方向之一。