天然膨润土资料汇编

目      录

一、天然膨润土概述

1.1 不同地区膨润土成份的差异

1.2 蒙脱石的成岩过程

1.3 不同类型膨润土的分布特点

1.4 蒙脱石等粘土矿物的结构与离子交换的相互关系

1.5 蒙脱石等粘土的离子交换容量

1.6 吉林九台、浙江临安的膨润土特点

二、天然离子交换物质在治疗胃肠疾病中的作用

2.1 中医药中的膨润土

2.2 法国新药思密达及临床应用

2.3 天然离子交换物质在治疗胃肠溃疡中的作用

三、天然膨润土的技术处理

3.1 天然膨润土技术处理的意义

3.2 膨润土的力化学分离与活化

3.3 膨润土纳米插层技术的基本原理

附件1: 吉林九台膨润土产品说明书

附件2: 浙江临安膨润土矿钠基膨润土在铁矿球团中的应用

一、天然膨润土概述

    名词解释

蒙脱石粘土，又称膨润土或斑脱岩。主要由蒙脱石（Monlmorillonite）组成的粘土，次要成份是伊利石、绿泥石等，非粘土矿物有长石、石英、石膏、方解石等。岩石通常呈白色或带粉红、淡黄、淡青绿等色调。呈致密块状或土状，有滑感，吸水性很强，浸入水中剧烈膨胀，吸水后体积可膨胀数倍。可塑性及粘结性均较强。常用于石油化工、制糖、油脂等工业作脱色剂，铸造工业用作粘结剂，钻探中作泥浆原料，陶瓷工业作粘结剂等。

蒙脱石，又称微晶高岭石或胶岭石。首先在法国Montmorillon发现，是最常见的一种粘土矿物，成份为：

Nax（H₂O）₄{（Al₂-xMgx）[Si₄O₁₀]（OH）₂}

成份复杂且变化不定。单斜晶系，常呈土状块体。白色，有的呈浅灰、粉红、浅绿等色。硬度1.5左右，比重2—2.7。颗粒细小，约0.2--1µm.。有滑感，加水膨胀，体积可增加几倍，具有胶体分散特性，有很强的吸附性和阳离子交换性能。主要由基性火山岩特别是基性火山凝灰岩风化而成，热液蚀变作用也可形成。所谓的漂白土也是以含蒙脱石为主的粘土矿物。蒙脱石广泛用于陶瓷、染料、造纸、橡胶等部门，还广泛用于油脂和石油的净化工艺中。

    1.1 不同地区膨润土成份的差异

膨润土是以蒙脱石为基质的多种成份的粘土矿物，由于成矿及地质等多种原因，不同地区甚至同地区不同矿层、同矿层不同地段的膨润土，所含的成份及其比例都有较大差异。以浙江临安的平山膨润土矿为例，该矿为陆相火山沉积亚型矿床，其主要成份为：纳蒙脱石、斜发沸石、绿泥石、方解石、方沸石等，其他共生矿物有针铁矿、黄铁矿、长石、水云母、石英等。该矿的（7）层中部质量最佳，蒙脱石含量可达60—75%。一般而言，质量较佳的膨润土块都含有白色的大斑片或团块状的蒙脱石集合体。

对临安的膨润土进行提纯后，其化学成份为：

SiO₂ 60.85%、Al₂O₃ 21.68%、Fe₂O₃ 1.65%、MgO3.96%、CaO1.11%、H₂O 5.30%。

由此可计算得蒙脱石的结构式为：

[(Al_1.566Fe³⁺_0.08Mg_0.378Fe²⁺_0.008)2.033(Si_3.92Al_0.08)]0.37O₁₀(OH)₂

(Na1/2Ca)0.373

属层电荷中等偏高，晶体结晶质相对较高，在水中分散性能较差的蒙脱石。

再以新疆托克逊柯尔膨润土矿为例，该矿则为海相火山沉积亚型膨润土矿床，该矿石的矿物主要为蒙脱石，一般含量为40.70—66.84%，最高则达92.5%，其次有石英、奥长石、钠长石、微斜长石、绢云母、方解石、斜发沸石、伊利石、高岭石和皂石等。

1.2 蒙脱石的成岩过程

在流水通畅的氧化条件下，在层间、裂隙、孔隙水的作用下，火山玻璃进行水解与水合作用，H⁺交换玻屑中的阳离子，使Ca²⁺、Na⁺、K⁺先被溶出，其次是Mg²⁺、Fe²⁺溶出。这些金属离子析离成为氢氧化物、重碳酸盐等，提高了介质的PH值，使硅、铝的溶解度增高。当PH达7.8后，硅铝溶胶以一定比例形成蒙脱石凝胶的胚胎，附着在玻屑的表面。附着成岩作用，使蒙脱石凝胶老化、脱水重结晶。当矿层处于封闭条件且PH>9的条件下，玻屑则向斜发沸石转化，同时析出Fe²⁺并氧化为水针铁矿，使斜发沸石呈红色。Mg²⁺的适当浓度是蒙脱石生成的重要条件，当Mg²⁺过量时，则（Mg、Fe、Al）₆（OH）₂类水镁石层固定于蒙脱石晶层间，当达到电荷平衡时，则向绿泥石转化。Na⁺的高溶量是钠蒙脱石形成的必要条件，它被吸附于蒙脱石层间，以补偿层间电荷的亏损，保持晶层电荷的平衡。

在后生变化阶段即多矿层蒙脱石富化的重要阶段，此阶段的作用内容为（1）斜发沸石在水解作用下向钠蒙脱石转化；（2）早期形成的蒙脱石与外来碳酸钙水进行离子交换，致使ENa⁺/∑Ee的比值降低，如果外来水不断补给，Na⁺型不断被排泄，则将改型为钙蒙脱石。

1.3 不同类型膨润土的分布特点

不同类型膨润土的分布特点与其水化学的分布特点基本吻合，即产于钠质碱性水分布范围的膨润土，无例外都属钠基膨润土。

我国南方（广东、广西、福建等）气候湿热，雨量充沛，膨润土长期受到淋蚀，碱和碱土大量流失，土壤呈酸性，浅部膨润土易被自然改型为铝（氢）基膨润土。而西北、高纬度、干旱地区，在强烈蒸发下，使Ca²⁺呈方解石、石膏而析出，因此，增加了介质中Na⁺、Mg²⁺离子含量，使自然改型为Na基膨润土、Mg基膨润土。

向深部布钻，以找到Na基膨润土的隐伏矿床，这是今后开发优质Na基膨润土的方向，如吉林九台的Na基膨润土便取自120米深的矿层。

1.4 蒙脱石等粘土矿物的结构与离子交换的相互关系

在天然的离子交换物质中，绝大部分属粘土矿物，其中最主要的有蒙脱石、高岭石等。这些矿物的离子交换反应通常是可逆的和按化学当量进行的，可是在某些化学反应情况下却显示出不可逆的离子交换性能。

蒙脱石理想晶胞组成的化学式为：

Na_0.66Al₄Si_7.34Al_0.66O₂₀(OH)₄.nH₂O

高岭石理想晶胞组成的化学式为：

Al₄(Si₄O₁₀)(OH)₈

粘土矿物的离子交换是由于矿物表面出现过量的电荷，所以必须由外部离子去平衡这些电荷。例如水溶液中的氢离子与可置换的Na⁺离子进行交换，这种取代作用引起了晶体的膨胀，并逐渐增加矿物的反应活性，从而加速原矿物质基体的崩解。

粘土矿物的离子交换性质直接地与它们的结构有关。粘土是由四面体配位及八面体配位的阳离子片（或链）所组成的细粉状矿物。对于蒙脱石、高岭石等层状铝硅酸盐而言，其基本结构单位是：

（a）由Sio₄^-4四面体组成的二氧化硅片；（b）水铝氧或水镁石片、含氢氧根离子八面体配位的铝或镁离子。

粘土矿物的铝硅酸盐骨架，通常有平行层，每个单层至少含有两片，即一片是硅酸盐四面体，一片是铝酸盐八面体，可交换的阳离子位于这些层的表面（而不是片的表面！）。层的排列（不是片的排列！）、层的崩解、被较低电荷阳离子取代的位置以及它们的表面性质，都决定于粘土的离子交换的性能。由铝硅酸盐层组成的粘土矿物，按照在它们的分层中的四面体和八面体片的结合与组成情况来分类，则纯的粘矿物由一种相同重复层型所组成，而混层粘土矿物是由两种或两种以上的纯粘土类型的层交替混杂组成。

以纯的粘土矿物蒙脱石为例，它的每单个矿层是由三片组成,即由两片硅酸盐片夹着一片铝酸盐片组成一个最基本的单元矿层。由于单矿层内有广泛的同晶取代现象，即四面体中Si⁴⁺被Al³⁺取代，八面体中Al³⁺被Mg²⁺取代，从而导致：（1）层内带净负电荷；（2）在狭窄的层间形成一定强度的负电场，所以能使阳离子并合在层间的微环境中，使体系保持电中性（如图1.1、图1.2所示）。蒙脱石的阳离子交换容量便来源于这些层间微环境中可移动的阳离子，它们可与存在于溶液中的阳离子交换。上述由三片状组成的基本单矿层便成为固体与液体间进行离子交换时不溶解的固相单元。

粘土在溶液中的分散程度，影响到天然离子交换的动力学。分散同样是靠同晶取代作用的位置调节的。蒙脱石中的八面体片的取代作用，增加了铝硅酸盐层与层之间的结合强度，这是由于各层与内层阳离子之间的静电相互作用的结果。因为这些作用，粘土不易分散，但当它们浸入电解质溶液中时则溶胀。在内层空间的阳离子的大小，调节着内层溶胀的程度，这是可逆的，除非在吸水量甚大一些情况下。在水溶液中，八面体的取代粘土内层的膨胀，使得离子进入内层空间的扩散较为容易，这就能相当迅速地提高离子交换速率。

对于有四面体片同晶取代的粘土矿物（包括蒙脱石），对离子如钾、铵、铷、铯起始吸收以后，便丧失了其部分离子交换容量。认为这一效应是由于阳离子被固定作用的结果，包括阳离子从层--层空间缓慢穿透到四面体内，因而就不能再进行离子交换，所以此情况下使蒙脱石显示出不可逆的离子交换性能。

1.5 蒙脱石等粘土的离子交换容量

粘土的离子交换是非常复杂的问题。粘土的离子交换能力是用离子交换容量来表示的。粘土的离子交换容量首先决定于交换位置上的阴离子强度，它也是控制离子交换选择性的主要因素。不同粘土矿物的离子交换能力是不同的，其中关键在于离子的组成，对阳离子而言，粘土的交换容量有如下变化：蒙脱石>伊利石>高岭石。

需指出的是，物质的离子交换，并不是所有的离子都可以交换，即使可交换的离子也有亲合程度的不同。如一价离子的离子交换的亲合序列为：Li⁺+、K⁺++；而二价离子的离子交换的亲合序列为：Mg²⁺2+2+2+。此外，离子的交换容量与溶液中离子的浓度、温度及PH等因素有关。

离子交换容量是以溶液中离子型每100克干物质被交换的毫克当量数来表示的（CEC）。粘土矿物的阳离子交换容量，通常是在PH7时，以一定的盐型矿物与1N的乙酸铵溶液进行交换而测得的。即使一定盐型矿物，但是不同的地区所测得的结果也有一定的差异。如吉林九台膨润土的离子交换容量：CEC=55.03—60.39meq/100g；浙江临安膨润土的离子交换容量：CEC=50—70meq/100g。

1.6 吉林九台、浙江临安的膨润土特点

我国的吉林九台和浙江临安，是优质Na基膨润土的主要产地。两地的Na基膨润土的性能指标等详见附件1和附件2。

二、天然离子交换物质在治疗胃肠疾病中的作用

国内外对于利用天然离子交换物质治疗胃肠疾病均有报道，尤其是我国在中医药的典籍中，对于甘土、高岭土等天然离子交换物质治疗胃肠疾病早有记载。国外对天然离子交换物质在治疗胃肠疾病中的作用，从离子交换的机理方面作了较多的研究，为临床及新药的开发具有指导性意义。

近年法国开发的新药思密达（Smecta）就是利用天然离子交换物质—膨润土经制药工艺处理而得，取得了明显的临床治疗效果，这对新中药的开发同样具有指导意义。

2.1 中医药中的膨润土—刘玉琴编《矿物药》部分摘要

我国对矿物药的开发利用具有悠久的历史，最古老的医学经典《黄帝内经》就有矿物药的应用记载，《神农本草经》收集玉石类药物46种，《本草纲目》收载金石部药物161种……。

矿物药药源丰富、价格低廉，应用广泛，疗效显著，很有研究价值。

……

         11     甘土（《本草拾遗》）

异名    白单、白墡（《石药尔雅》）、膨润土（《黑龙江中药》）

基原    为硅酸盐类矿物蒙脱土、漂白土或其混合物

原矿物（1）蒙脱土、又名斑脱土Montmorillonite,呈土状、白色、灰绿色或粉红色。有滑腻感。吸水性强，能随吸水而胀大体积，但在加热后又可失去水分。

       （2）漂白土Fullers earth，呈分散状，具油腻感。颜色由浅灰、绿灰至近黑色。入水中即成粉末。主要成份是蒙脱石族矿物，与蒙脱土类同，因此二者总称膨润土。

两者均系凝灰岩或其他火山岩在碱性水的作用下蚀变而成。

性状   本品为颗粒状或粉末状，白色至粉白色，质松脆易碎。断面亦呈颗粒状，吸水性很强，有粘舌感，有土腥气。无味。

以色白、有油腻感，吸水性强者为佳。

产地   河北宣化（粉红色）、青海柴达木（淡绿色）、浙江临安（青灰色）、吉林（淡绿色）

成份   蒙脱土主要成份为蒙脱石，相当于Al₂Si₄O₁₀(OH)₂.nH₂O；漂白土化学组成与高岭土相近，即接近于Al₂O_3.Fe₂O₃.2SiO₂.2H₂O。总之甘土主要成份是水合铝硅酸盐及少量钙、镁和亚铁。

显微特征：蒙脱土粉末淡粉白色，镜下观察多为无色颗粒状，聚合成不规则的团块。有的似圆形花粉粒状，有的呈显微束状，但都为半透明体，偶有黑色不透明颗粒。

炮制：   拣净杂质，直接入药。

性味《本草拾遗》：“无毒”。

功能主治《本草拾遗》：“主草叶诸菌毒”。

选方《重修政和经史证类备用本草》：“主去油垢，水和涂之；……主草叶诸菌毒，热汤末和之。”

2.2 法国新药思密达及临床应用

Smecta是法国Baufour IPSEN Industrie 开发并生产的天然消化道粘膜保护剂，临床上应用于食道炎、腹泻、胃炎、结肠炎、功能性结肠病等疾病的治疗。其作用是加强、修复粘膜屏障，固定、清除多种病原。思密达为Smecta 在中国市场上的商品名。

经测试、分析表明，思密达的主要成份为天然膨润土经制药加工工艺处理而得：

（1）以X衍射分析，思密达试样的d₀₀₁=14.524Å，而钠基膨润土的d₀₀₁=12--13Å；钠钙基膨润土的 d₀₀₁=13--14Å钙基膨润土的 d₀₀₁=15--16Å，因此可判断思密达的矿物类型为二、八面体的钠钙基蒙脱石。通过衍射峰进一步分析，不含有天然α-石英相，证实了思密达是以天然钙基膨润土为原料，经人工钠化及其他有关制药工艺处理而成。

（2）化学分析。化学成份与潍坊人工钠基膨润土相似，但是思密达样品Ca²⁺、K⁺和Na⁺均较低，Mg²⁺稍高；与凌源天然钠钙基膨润土相近，但是Ca²⁺、K⁺、Mg²⁺比凌源土稍高，而Na⁺稍低。

与各对比样相比，P₂O₅含量较低，表明Smecta可能经过了提纯净化，而灼烧失量明显较高，推测其样品添加了有机成份以及经过了人工水化处理。结合上述X衍射分析，Smecta 是天然膨润土经加工工艺处理而成。

（3）透射电镜分析。在透射电镜下，Smecta 试样多呈团块或絮状集合体，边界不清。少数为片体，长约0.04—0.7μm，厚约0.03—0.05μm，边界清晰，集合体呈迭片或簇状，零星散布。经碱处理的天然膨润土在液体中具有高度分散性，形成无机胶体。冲服Smecta可在肠胃表面形成具有网状结构，含大量结构水，并具有一定强度的薄膜，从而保护受损的胃肠粘膜，防止病原侵害。

思密达的作用特点为：（1）覆盖消化道，防止各种病毒、细菌及毒素对消化道粘膜的侵害，维护正常生理功能；（2）吸附消化道中气体和各种攻击因子，使之失去致病作用；（3）帮助恢复、再生上皮组织；（4）平衡寄生菌丛，提高免疫球蛋白A的抗攻击能力；（5）消化道局部止血作用。

思密达的临床应用：治疗急慢性腹泻、胃炎、食道炎、结肠炎及功能性结肠病的症状控制。

思密达的适应症为：（1）成人及儿童急、慢性腹泻；（2）用于食道、胃、十二指肠疾病引起的相关疼痛症状的辅助治疗，但本品不作解痉剂使用。

据了解，思密达作为止泻药，各医院已开始普遍使用。在治疗急性腹泻中，反映有较好的效果。作为胃肠粘膜保护剂，则使用较少，反映效果较好或一般。

思密达包装为复合铝膜袋装，3g/袋，10袋/盒。

思密达零售价约为20.13元/盒。

2.3 天然离子交换物质在治疗胃肠溃疡中的作用

胃肠溃疡是由侵袭因素（胃酸、胃蛋白酶）与防御机制（粘膜屏障与粘膜再生能力）之间的不平衡所致。由于胃酸的氢质子（H⁺）可与膨润土层间阳离子Na⁺进行交换，同时膨润土可对胃蛋白酶加以吸附固定，从而使Na基膨润土可抑制胃肠中的侵袭因素。又由于Na基膨润土有良好的分散性与成膜性，所以可增强胃肠粘膜的防御功能。因此Na基膨润土可从互相拮抗的两方面，即一方面起到抑制质子泵的作用，另一方面又可增强粘膜防御功能，从而具有抑酸、保护细胞和促进溃疡愈合的作用，达到辅助治疗胃肠溃疡的目的。

当然，作为抑制质子泵的西药已有很多，如奥美拉唑、兰索拉唑 、雷贝拉唑等等，这些药物都有确切、理想的抑酸效果，并得到普遍应用，所不足之处是价格昂贵，并且常有身体不适、内分泌不良反应等。

可以说，现在抑酸、促进溃疡愈合不再是治疗中的难题。大量临床表明，80%以上的胃溃疡和95%以上的十二指肠溃疡患者都感染有幽门螺旋杆菌（Hp），所以目前消化道疾病的热门课题是如何消灭或根除幽门螺旋杆菌以及预防消化道溃疡或者使溃疡不再复发。

目前，抗幽门螺旋杆菌有水杨酸铋、柠檬酸铋钾等铋剂，此外采用羟苄青霉素等抗生素来抵抗Hp。但是消灭Hp和预防溃疡不能单独依靠抗生素或铋剂，现在推荐的治疗方案基本上分为两大类：（1）以抑制胃酸药为主加用抗生素的疗法；（2）以质子泵抑制剂、铋剂加用抗生素（三联疗法）。可见都需要有质子泵抑制剂或抑酸药。

由于膨润土具有离子交换与成膜的特性，所以有抑酸和增强胃肠粘膜保护的两方面的功效。可以说与西药的抑胃酸药或质子泵抑制剂相比具有一定的优势，但是膨润土本身以及到1998年为止，尚未发现中草药具有抗Hp的作用。

在中药中，也曾采用甘草（如甘草黄酮、甘胃舒、甘草次酸衍生物等）及白芨等治疗胃肠溃疡，但是这些药物只是起到抑酸或胃粘膜保护剂的作用，而根本不能杀灭幽门螺旋杆菌。在中药中也曾有人提出利用对杆菌有广谱杀灭作用的盐酸小檗碱来抗Hp，达到治疗消化道溃疡的目的，但是，至今尚未见到这方面的研究与临床报告。

若以膨润土的抑酸及增强胃肠粘膜保护的双向功效为前提，来开发治疗消化道溃疡的新中药，则必须有杀灭幽门螺旋杆菌的中药与之相配伍方能达到这一目的。

1998年英国的研究报道，一种天然离子交换树脂具有抗幽门螺旋杆菌活性，可非常迅速地治愈消化道溃疡。这种树脂浸出液在临床上用于治疗胃溃疡和十二指肠溃疡已见成效，并对Hp的抗菌作了评价：

所用菌株为NCTC11637Hp菌株（一种标准的参比菌株）和6株临床新分离菌株（3株对灭滴灵敏感，3株对该药耐药）。将该天然树脂置于浓度为50mg/ml的乙醇中制成常规溶液，并稀释在肉汤培养基中（含10⁷个Hp细胞/ml）作为最终浓度，浓度范围为0.0075—1.0mg/ml，并在精确浓度的对照培养物中加入乙醇。

研究结果表明，该天然树脂能杀灭Hp菌株和6株临床新分离菌株，该树脂生药对全部受试菌株在24h内的最低杀菌浓度为0.06mg/ml，在较低浓度时，细菌的生长仍然明显地受到抑制，甚至在最低浓度时（0.0075mg/ml）也会产生明显的抗生素后效应。通过传递式显微镜证实，该树脂可在细菌体内诱导出清楚的超微结构的变化。

由于该天然离子交换物质价格低廉，小剂量（1g/d）便有治疗消化道溃疡的效果，因此具有广泛地应用前景。

在尚未发现幽门螺旋杆菌之前，国外就有利用树脂治疗胃肠溃疡的报道。Spears 等人曾对树脂治疗消化道溃疡作出如下结论：“应用树脂作为胃、十二脂肠、食道及其他器官溃疡的治疗剂，在绝大多数情况下能消痛，在许多情况下可彻底治愈”。

同样，在发现上面所提到的天然树脂之前，也曾经有人研究了树脂可使吸附物的超微结构发生变化，如C.E布雷斯列尔（苏）在“离子交换和电子交换树脂的合成及其应用”中就指出：“离子交换吸附极其复杂的物质时会产生一个很特殊的困难，即吸附对象有变性的可能，使它的分子结构变态，对所吸附的蛋白质的螺旋结构遭到破坏，因而使它丧失其特殊的生化活性”。

上述这些研究对理解天然树脂可杀灭幽门螺旋杆菌、吸附病原体，治疗消化道溃疡等疾病是很有帮助的，并且对开发胃肠溃疡等疾病的新中药也具有理论上的指导意义。

三、天然膨润土的技术处理

若将天然膨润土作为治疗消化道等疾病的药原性药物，必须对其进行必要的加工处理才能充分发挥其离子交换、吸附、亲水、成膜等性能。天然膨润土技术处理的基本内容包括：分离、活化、纳米插层与纳修饰等。

3.1 天然膨润土作为药原性药物以及对其进行技术处理的意义

肠胃等消化道疾病是常见、多发病，尤其近年来，由于社会发展带来的一些负面效应，如生活、工作的节律加快以及人际关系等的改变，使得人们的情绪变得焦虑、饮食不节、起居失衡，加之诸多因素导致的精神压抑、过度紧张，免疫力下降而使胃肠疾病患者骤增。

尽管目前治疗肠胃疾病的药物已有很多，但是对肠胃粘膜予以保护，能理想地清除病原又少有副作用的药物却并不多见。近年来，人们对价格昂贵又易导致毒、副作用的合成药物产生普遍的抵触情绪，如在医药业发达的美、德、日等国家，将近有90%的常见、多发病患者，宁肯服且天然资源提取的药物，或采用如针灸等替代医学等手段进行治疗。这种普遍的心态与趋势，为我们开发治疗消化道疾病的新中药或传统中药的现代化提供了良好的机遇。

在我国中医药中，利用天然矿物如膨润土、高岭土、麦饭石等治疗消化道疾病有着悠久的历史。例如在“本草拾遗”、“石药尔雅”等经典著作中，对膨润土（甘土）均有记载：“甘土，无毒，主草叶诸菌毒”。可见其具有清除多种病原的作用。

近年法国开发的思密达，其主要成份为天然膨润土，在治疗食管炎、腹泻、胃炎、结肠炎、功能结肠病等有较好或一定的疗效。但是，思密达的成份、微观形貌及其功能等均表明，思密达并非是简单的天然膨润土，而是经过一定分离、提纯及水化或活化工艺处理后的膨润土。

虽然具有离子交换与吸附活性的膨润土，对多种肠胃疾病均有确切疗效，但是并未发现有抗幽门螺旋杆菌即治疗肠胃溃疡的明显功效。然而，却发现了其他的天然离子交换物质有治疗胃肠溃疡的治疗效果。所以若将天然膨润土与这一物质结合起来，并以膨润土为君药，使两种离子交换物质发挥协同作用，则具有重要的意义。

近二十年来，新兴的力化学（Mechanochemistry）应用于一些矿物材料，使之分离、活化与改性等获得成功，可以说，力化学的应用对中药的现代化会发挥出应有的作用。例如在处理膨润土过程中，可分离出无离子交换与吸附活性的天然石英相，并增加其亲水性与水合性，改变其微观形貌以及获得一定的后活化效应等，均收到较明显的效果。

近十余年的纳米科技的发展，使天然膨润土这种纳米层状材料经过适当的纳米技术的处理而提高膨润土的应有性能与特性，为开发出新中药展现了诱人的前景。

如果将力化学以及纳米技术等与我国膨润土这一资源优势相结合，探讨其药用价值，并作出药效评价，则在利用天然膨润土开发出治疗肠胃疾病的新中药提供可靠的理论依据与合理的工艺路线等具有重要的意义。

3.2 膨润土的力化学分离与活化

膨润土的活化主要表现为膨润土的分离、纯化；Na基化（对于钙基膨润土而言）；颗粒细化与表面刻蚀；极化；后活化等几个方面。膨润土活化目的是提高膨润土的离子交换、吸附、分散与成膜等特性。

将膨润土作为治疗胃肠疾病药物的关键在于其离子交换与成膜特性。其前者表现为胃肠中的氢质子（H⁺）与膨润土二、八面体层间的金属离子（如Na⁺）进行交换，降低H⁺对胃肠粘膜的损伤，并促使病原体在交换与吸附过程中的变性而减弱其有害作用。膨润土的成膜性则决定于其中的特殊成份，即含有约15%的氧化铝形成的水合物，并对胃肠粘膜构成保护、修复的屏障。

至于对膨润土的分离、纯化以及钠基化，其目的在于提高膨润土的离子交换能力；颗粒细化、极化与提高后活化性能，其目的除提高离子交换能力之外，也提高了膨润土的吸附活性和成膜性。

利用功率超声及低温等离子体技术，可对膨润土实现有效的分离与活化。与功率超声在生物材料中的作用相比，功率超声对膨润土的分离与活化，不仅要充分利用空化效应，而且还要利用功率超声的极化效应和分散，形成驻波等条件。图2为功率超声分离活化后，膨润土的扫描镜照片。该照片表明，单纯经功率超声作用（30min），其自然颗粒≤1μm，可见细化效果并不理想，但是可形成明显的团絮状的微观形貌，说明在极化、形成明显水合物等方面获得了理想的活化效果。

从原理来说，通过低温等离子体可使膨润土的颗泣在纳米尺度的表面上进行刻蚀，一方面可使表面缺陷密度增加，增大比表面积，提高吸附能力，同时可使结晶区域等微观结构发生永久性形变而获得后活化效应。此外，通过高压静电可使膨润土颗粒被极化，提高其水合能力并且可克服超细微粒的团聚。

这里需要指出的是，除功率超声、静电电晕及低温等离子体等活化技术外，进行预先的焙烧、粉碎、研磨以及化学处理是非常必要的。

3.3 膨润土纳米插层技术的基本原理

3.3.1 目前，膨润土纳米插层技术主要是用聚合物粘土纳米复合技术（Polymer Clay Nanocomposites，PCN）用来制作聚合物纳米复合材料。PCN技术首先由日本（丰田公司）于1987年开发成功，其基本过程是采用有机阳离子表面活性剂（多为烷基铵盐、季铵盐等）作为插层剂，通过与蒙脱土（膨润土的基质）层间的金属离子（如Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺等）进行离子交换而进入层间，此即为阳离子插层。插层剂插层后，使蒙脱土的层间距增大（由数埃增加到十几埃甚至是几十埃），降低蒙脱土的表面能，为聚合物的单体或聚合物进入层间创造条件。然后便将聚合物（如已内酰胺、尼龙6等）的单体溶液或熔体，通过力学及热力学作用，以及与插层剂分子间的化学作用进入蒙脱土的层间，实现聚合物单体的插层，使层间距进一步增大。再利用单体聚合时所释放出来的大量热量，彻底克服蒙脱土层间的库仑力，使亲水的蒙脱土被剥离成为双疏水的单层，约以1nm厚的单层均匀分布在连续相的基体中。

聚合物—膨润土纳米复合材料的PCN技术可归纳为：插层剂插层—聚合物单体插层—单体聚合—克服层间库仑力、单层剥离，形成以聚合物为连续相的主体，以纳米单层为填充的聚合物—膨润土纳米复合材料。这种技术是用插层剂的铵等阳离子取代层间Na⁺，使Na⁺可缓慢进入基层的四面体中，从而使蒙脱石的离子交换作用成为不可逆。其次该技术利用插层剂分子与聚合物单体的化学作用以及单体的聚合，彻底破坏了层间负电场以及容纳阳离子的微环境。所以RCN技术是以丧失蒙脱石的离子交换、膨胀、亲水、成膜等性能，来换取复合材料的高性能。

如果我们的目的是以蒙脱土为主体，使蒙脱土具有较高的离子交换与吸附能力，有较高的亲水与成膜性的药物，就不能完全破坏蒙脱土的层状结构，因此就不能完全采用上述的RCN技术。

3.3.2 作为药物的膨润土，在实行纳米插层技术与纳米修饰之前，首先需要将天然Na基膨润土进行一定的提纯，以提高Na基蒙脱土的比例，特别是去除无离子交换与吸附活性的天然石英相。然后在其亚微米的颗粒所具有的层面上实现有限的插层，在纳米尺度上扩大层间距离，即进行纳米尺度的修饰，从而在亚微米颗粒上体现了出纳米的表面效应。这样的插层只扩大层间距离，只是削弱层间库仑力的作用，依然保持了层状结构，然而却提高了离子的交换作用与吸附性，提高了蒙脱土的亲水性与成膜性。这就是以蒙脱土作为药物主体时所实行的纳米修饰或纳米插层技术。

当然，作为蒙脱土纳米修饰的插层剂必须满足如下条件：

（1）不能用铵等阳离子插入蒙脱土层间，否则将失去或削弱蒙脱土的离子交换能力。

（2）插层剂只用来发挥扩大层间距的作用，即只用于削弱层间库仑力，不能使其破坏蒙脱土的层状结构。

（3）不能选有毒性的插层剂。在PCN技术中，作为阳离子表面活性剂的插层剂多为有毒物质。

上述技术的关键是在保持层状结构基础上扩大层间距，提高离子交换与吸附能力，提高其成膜性。

作为功能材料的药品和食品，其功能与其结构密切相关。为了提高其功能，可对其进行微化、纳米化或对其结构作进一步修饰，但是不能破坏反映其功能特性的结构。作为药物（原料的）膨润土，其离子交换、吸附、亲水、成膜等功能特性都与其层—层间的微环境以及微环境中的金属离子相关，因此，若提高膨润土上述功能特性，就不能破坏这种层—层结构。所以对膨润土的纳米加工，只能对层—层结构进行纳米尺度的修饰，而不是获取丧失特殊微环境的纳米单层材料。作为药物的天然纳米层状材料，对其进行纳米技术处理时，并不都是如此，例如具有文石结构的某种天然纳米层状材料，为了使材料具有更大的防紫外线等功效，不仅需要对其进行纳米尺度上的修饰，并且将其剥离成单层的纳米材料，则更有利于防紫外线等功能的发挥。所以，对于不同的材料、不同的结构、不同的用途，欲使其充分发挥某种功能特性，则应该有不同的纳米化的处理方式。