貝殼是一類重要的生物礦化材料，由95%的碳酸鈣和約5%的有機(jī)質(zhì)構(gòu)成，獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和組分使其在環(huán)境污染治理、高分子材料、涂料、顏料、保健和醫(yī)療、抗菌劑、催化劑等領(lǐng)域表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用價(jià)值。
同時，貝殼的資源化利用，對于緩解廢棄貝殼的環(huán)境污染問題和促進(jìn)貝類養(yǎng)殖業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。
1、貝殼粉在環(huán)境污染治理方面的應(yīng)用
(1)貝殼基吸附材料
貝殼的天然有機(jī)無機(jī)復(fù)合結(jié)構(gòu)使貝殼粉體表面存在羥基和氨基等有機(jī)基團(tuán)，從而使貝殼粉體對染料等污染物質(zhì)表現(xiàn)出一定的吸附性能。為進(jìn)一步提高貝殼材料的吸附能力，通常采用熱處理改性的方法。在高溫條件下，貝殼中的有機(jī)質(zhì)分解，貝殼結(jié)構(gòu)變得疏松，在溫度更高時，碳酸鈣發(fā)生分解而逸出二氧化碳，貝殼粉體的孔隙率和比表面積增大，吸附性能得到提高，從而變成優(yōu)良的吸附材料，用于對染料、重金屬離子、海洋油污、磷酸鹽和二氧化硫等污染物的吸附脫除。
(2)重金屬吸附
Hsu等研究了牡蠣殼粉體對水溶液中銅離子(Cu2+)和鎳離子(Ni2+)的吸附，結(jié)果表明，牡蠣殼粉體對兩種金屬離子的飽和吸附量分別達(dá)49.26mg/g和48.75mg/g。
紀(jì)麗麗等制備了煅燒改性貽貝殼粉，并將其用于水溶液中鎘離子(Cd2+)和鉛離子(Pb2+)的吸附脫除，研究表明，1000℃下煅燒后，貽貝殼的主要成分轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸}，表面出現(xiàn)直徑為0.5nm-1.1nm的納米孔徑，比表面積增大，吸附性能提高。
(3)染料廢水處理
在染料廢水的吸附處理領(lǐng)域，貝殼也具有良好的應(yīng)用前景。Chowdhur等研究了雙殼類貝殼粉體對水溶液中孔雀石綠染料的吸附行為，研究表明，染料分子可與貝殼粉體表面的官能團(tuán)(-OH，-CO3，-PO4)結(jié)合而發(fā)生吸附，吸附為自發(fā)過程。
Ma等用磷酸對蛤蜊殼粉體進(jìn)行表面改性，并將改性后的蛤蜊殼粉體應(yīng)用于水中染料橙II的吸附，結(jié)果表明，磷酸改性使蛤蜊殼粉體的吸附性能提高，改性粉體對染料的飽和吸附量高迖1017.13mg/g，吸附為放熱自發(fā)過程。
(4)水體除磷和氣體脫硫
此外，貝殼材料還可應(yīng)用于水體除磷和氣體脫硫。研究表明，牡蠣殼煅燒產(chǎn)物對水中磷酸鹽的脫除率可達(dá)98%，牡蠣殼煅燒水化產(chǎn)物對二氧化硫的脫除率和脫除速率高于石灰石煅燒水化產(chǎn)物。
2、貝殼粉在高分子材料中的應(yīng)用
貝殼是一類重要的生物碳酸鈣材料，其碳酸鈣含量在95%左右，與礦物碳酸鈣不同的是，貝殼中含有約5%的蛋白質(zhì)、甲殼素和糖蛋白等有機(jī)質(zhì)，這使得貝殼成為一種天然的有機(jī)/無機(jī)復(fù)合材料。
研究表明，貝殼粉體表面擁有豐富的氨基和羥基等有機(jī)基團(tuán)，粉體表面具有親水和親油的雙親性，且粉體具有較低的內(nèi)聚能。因此，與傳統(tǒng)的礦物碳酸鈣填料相比，貝殼碳酸鈣與高分子材料具有更好的相容性，貝殼粉體在高分子材料基質(zhì)中的分散性能也更優(yōu)。
由此可見，貝殼材料在塑料等高分子材料的改性加工領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，而開發(fā)基于貝殼的聚合物填料也成為促進(jìn)廢棄貝殼資源化利用的重要途徑。
(1)貝殼粉在聚丙烯中的應(yīng)用
Shah等研究發(fā)現(xiàn)，牡蠣殼粉體的添加可改善聚丙烯的剛度、熱穩(wěn)定性、阻燃性能和介電性能。Li等研究了貽貝殼粉體對聚丙烯的填充改性效果，結(jié)果表明，貽貝殼粉體對聚丙烯具有增強(qiáng)作用，當(dāng)填充量為3%時，復(fù)合材料的屈服強(qiáng)度最大，較純聚丙烯提高11.1%;貽貝殼粉體還具有異相成核作用，可誘導(dǎo)P晶的生成;與傳統(tǒng)工業(yè)碳酸鈣填料填充的聚丙烯復(fù)合材料相比，貝殼粉體填充聚丙烯復(fù)合材料的屈服應(yīng)變、屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率均更高。
(2)貝殼粉在ABS中的應(yīng)用
Moustafa等通過實(shí)驗(yàn)對比了貝殼粉體和工業(yè)碳酸鈣填料對ABS樹脂力學(xué)性能、熱穩(wěn)定能和阻燃性能的影響，結(jié)果表明，貝殼粉體在ABS基質(zhì)中的分散狀況優(yōu)于碳酸鈣填料;碳酸鈣的添加使ABS樹脂的拉伸強(qiáng)度降低，而貝殼粉體的添加可提高ABS的拉伸強(qiáng)度，且貝殼粉體填充復(fù)合材料的斷裂伸長率高于碳酸鈣填充復(fù)合材料;貝殼粉和碳酸鈣的填充均可提高ABS樹脂的熱分解溫度，貝殼粉填充復(fù)合材料的熱失重率低于碳酸鈣填充復(fù)合材料;貝殼粉對ABS樹脂的阻燃性能優(yōu)于碳酸鈣填料。
(3)改性貝殼粉在聚乙烯中的應(yīng)用
施佳煒以鈦酸酯改性的貝殼粉對高密度聚乙烯進(jìn)行填充，發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料的力學(xué)性能優(yōu)于高密度聚乙烯原料，在填料用量為3wt%時，材料的力學(xué)性能最佳，其沖擊強(qiáng)度和斷裂伸長率分別達(dá)到63.5KJ/m2和180.2%。
(4)改性貝殼粉在橡膠中的應(yīng)用
楊子明等將鈦酸酯改性貝殼粉與天然橡膠膠乳共混制備了天然橡膠/貝殼粉復(fù)合材料，材料性能研究結(jié)果顯示，改性貝殼粉的加入可提高天然橡膠的定伸應(yīng)力和拉伸強(qiáng)度，當(dāng)填充量為10wt%時，復(fù)合材料的力學(xué)性能最佳，拉伸強(qiáng)度從24.32MPa增加至34.05MPa。
(5)改性貝殼粉在尼龍6中的應(yīng)用
劉源森等以氨基型有機(jī)硅表面活性劑對牡蠣貝殼粉體和碳酸鈣進(jìn)行表面改性，并將兩種填料分別添加到尼龍6中制備復(fù)合材料，研究表明，改性貝殼粉和改性碳酸鈣均可提高尼龍6的拉伸強(qiáng)度，而改性貝殼粉對尼龍6力學(xué)性能的改善效果更為顯著。與礦物碳酸鈣相比，貝殼粉體的獨(dú)特組成和性質(zhì)使其與聚烯烴、尼龍和環(huán)氧樹脂等高分子材料間的界面相容性得到提升，從而具有更為優(yōu)異的填充改性功能。
3、貝殼粉在涂料領(lǐng)域中的應(yīng)用
貝殼粉體能賦予涂料抗菌、防霉和阻燃等性能，還能吸附涂料中產(chǎn)生的甲醛等有毒有害氣體。
覃筱燕將硬脂酸鈉改性后的貝殼粉/氧化鋅/二氧化鈦復(fù)合粉體添加于聚脲中，制得復(fù)合涂料，研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)合粉體的加入使聚脲涂料表現(xiàn)出抗菌性能，且使其耐水性能和防腐性能得到提高。
4、貝殼粉在顏料領(lǐng)域中的應(yīng)用
利用貝殼粉體的吸附特性，將染料負(fù)載于貝殼粉體表面，可制備貝殼基顏料。
葛柳欽以貝殼粉體和直接紅染料為原料，制備了多功能貝殼基顏料(DPSP)。DPSP具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性，在LDPE基質(zhì)中分散均勻，與基質(zhì)間存在良好的界面強(qiáng)度，可實(shí)現(xiàn)對LDPE的均勻著色。在著色的同時，DPSP的添加還可改善LDPE的使用性能。DPSP的加入使LDPE的加工性能和耐熱性能提升。
5、貝殼粉在保健和醫(yī)藥領(lǐng)域中的應(yīng)用
貝殼中的碳酸鈣含量高達(dá)95%左右，將貝殼加工后可直接制成碳酸鈣制劑，也可將其作為鈣源，反應(yīng)合成乳酸鈣和葡萄糖酸鈣等補(bǔ)鈣制劑。
貝殼是天然的藥材，含有甘氨酸、精氨酸、丙氨酸等多種人體所需氨基酸;碳酸鈣能中和胃酸，鈣離子具有凝血功能，還能調(diào)節(jié)血液酸堿性和提高細(xì)胞中ATP酶的活力。貝殼粉體經(jīng)改性處理后還可用作藥物載體。
貝殼天然的有機(jī)無機(jī)復(fù)合結(jié)構(gòu)使其可應(yīng)用于人工骨材料，并具有優(yōu)異的生物相容性和成骨活性。
6、貝殼粉在抗菌劑領(lǐng)域中的應(yīng)用
貝殼經(jīng)煅燒處理后，其組分碳酸鈣轉(zhuǎn)變生成活性氧化鈣，具有抗菌活性。林作鵬以扇貝殼為原料，經(jīng)850℃-1200℃下煅燒，制備抗菌劑，研究表明，貝殼煅燒物對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌具有抗菌效果。
此外，貝殼粉體還可用作載體，制備復(fù)合抗菌劑。覃筱燕將生蠔貝殼粉體在1100℃下煅燒活化后，采用共沉淀法制備貝殼粉/氧化鋅/二氧化鈦復(fù)合抗菌劑，該復(fù)合抗菌劑對需鈉弧菌和芽孢桿菌具有明顯的抑菌效果。
7、貝殼粉在催化劑領(lǐng)域中的應(yīng)用
貝殼粉的煅燒產(chǎn)物氧化鈣具有較大的比表面積，可用于催化材料的制備。
陳嘉琳等人以煅燒紫貽貝殼粉體為原料，以檸檬酸鈉為表面活性劑，通過硫脲和四氯化錫的水熱反應(yīng)，制得貝殼粉/SnS2復(fù)合光催化劑，當(dāng)貝殼粉與SnS2的質(zhì)量比為10%時，染料羅丹明B降解效率達(dá)83.33%。
此外，貝殼材料還可用于對生物質(zhì)氣化、煤氣化和生物柴油合成等反應(yīng)過程的催化。
