用科技提升硅藻土的附加值

来源：M6平台    发布时间：2024-07-08 15:27:06

　　吉林省长白山硅藻土矿区是中国最大的硅藻土，特别是优质硅藻土的产地，其储量超过中国硅藻土总储量的一半。

　　中科院生态环境高分子材料重点实验室（隶属于中科院长春应用化学研究所）水资源材料课题组负责人王丕新研究员告诉《中国科学报》记者：“如何利用丰富的自然资源，将自然资源进一步科技化和高的附加价值化是我们课题组研究的初衷之一。”

　　日前，水资源材料课题组在硅藻土高值化应用方面获新进展，并通过吉林省科技厅组织的项目验收，相关的研究内容已申报国家发明专利6项，其中3项获得授权。

　　硅藻土是由单细胞水生植物硅藻的遗骸沉积所形成，这种硅藻的独特性在于能吸收水中的游离硅形成其骨骸，当其生命结束后沉积，在一定的地质条件下形成硅藻土矿床。

　　王丕新介绍道，硅藻土具有孔隙度大、吸收性强、化学性质稳定、耐磨、耐热等特点，能为涂料提供优异的表面性能，降低涂膜的表面光泽并增加涂膜的耐磨性及抗划痕性。

　　同时，硅藻土较大的比表面积（单位质量物料所具有的总面积）和多孔性还能够给大家提供去湿、除臭、催化抗毒抑菌、净化空气，隔音、防水和隔热、通透性好等优点。

　　因此，硅藻土被认为是一种拥有非常良好性价比的高效涂料用消光粉产品，已被国际上众多的大型涂料生产商作为指定用品。课题组副研究员徐昆和记者说：“目前硅藻土被大范围的应用于乳胶漆、醇酸树脂漆和聚酯漆等多种涂料体系中，非常适合于建筑涂料的生产。”

　　比如，日本西藤壁材的Fujiwara硅藻土涂料、原野-SR系列涂料、兰舍硅藻泥、立邦QA-465A内墙硅藻土净味抗甲醛面涂。

　　此外，在工业过滤中过滤介质有硅藻土、珍珠岩、纤维素、滤棉、石棉纤维、细粒的硅胶、活性炭等，但以硅藻土的使用最为广泛，约占过滤介质总使用量的75％。

　　王丕新指出：“由于硅藻土助滤剂具有独特的物理结构、可变的粒度范围以及稳定的化学性能，故可大幅度的提升过滤效率，改善澄清度，以此来降低生产所带来的成本，减轻劳动强度，提高生产率，因而更适合于多品种的饮料工业过滤。”

　　当前，以硅藻土助滤剂作为饮料的过滤介质，主要使用在于啤酒、葡萄酒、酒精、各种碳酸饮料、果汁、果酒、汽酒的过滤。如今在国内外各大啤酒饮料生产厂商的制造工艺中，硅藻土过滤几乎是必须的工艺环节之一。

　　近15年来，王丕新课题组一直从事水溶性高分子相关研究工作，尤其在水溶性高分子应用研究方面具有较多积累和经验。硅藻土由于自身多孔、强吸收、轻质等特点，在水溶性高分子领域应用较多。

　　通过数年刻苦技术攻关，长春应用化学研究所成功研制系列高效耐盐性硅藻土复合絮凝材料。

　　“传统硅藻土在水处理方面多作为脱色、除污染物的吸附材料或催化载体材料等。我们利用硅藻土作为接枝聚合的主体和无机相，制备了高性能复合絮凝材料。”王丕新表示，由于接枝在硅藻土粒子上的水溶性高分子链段具有特殊的分子构型，从而能够降低絮凝材料在使用的过程中的用量，提升絮凝效率和效果。

　　该复合絮凝材料一方面能够综合无机相和有机高分子相的两方面优势；另一方面能明显降低高分子絮凝材料的成本，由于无机硅藻土的加入，复合絮凝材料成本较同种类型的产品可大幅度降低30%左右。

　　徐昆和记者说：“我们的材料不仅仅具备絮凝效果优异、溶解快等优点，而且对高盐、高矿化度等复杂污水体系（如造纸工业废水、油田作业废水等）表现出良好的适应性。”

　　目前，长春应用化学研究所已同威海金钰环保有限公司合作开展水处理用复合絮凝材料及水溶性高分子材料的设计开发工作；同中石油大庆油田、新疆油田及中科油服技术有限公司等合作开展水处理用复合絮凝材料的应用研究工作。

　　硅藻土有比较广泛的应用领域。如前面所提到的涂料、建筑材料、水处理过滤材料、食品过滤介质料等。其中，助滤剂是占比重较大的应用领域，也是硅藻土应用附加值较高的应用领域。

　　近年来，光伏产业及计算机产业的快速的提升，利用优质硅源发展硅片、单晶或多晶硅片，是赋予硅藻土高的附加价值的一项新应用领域。王丕新也发现，这些应用领域要求硅源具有较高的纯度，同时加工制造工艺过程复杂、污染严重，因此在某些特定的程度上也对硅藻土行业健康加快速度进行发展带来一定制约。

　　他还指出，目前硅藻土资源利用多依赖于助滤剂及晶体硅片的生产加工，产品单一、污染严重，科技及经济附加值低。怎么样提高硅藻土产品科技与经济附加值是整个行业急需解决的核心技术问题。

　　长春应用化学研究所立足解决地方工业技术难题，依托自身技术积累和优势，着眼于硅藻土高值化应用研究领域。

　　除了前面提及的复合絮凝材料，王丕新课题组利用硅藻土多孔、农业安全等特点，开发了高硅藻土含量的复合型缓释化肥材料，体系内硅藻土含量高达80%～90%，可以明显提升化肥的控释效果，实现尿素、复合肥等肥料的有效控释。

　　此外，课题组人员充分的利用Pickering乳液形成机理，通过引入硅藻土（改性硅藻土）同传统表面活性剂构成复合稳定体系，成功实现了高分子量水溶性高分子的W/O型乳液聚合。

　　通过此研究，硅藻土可实现传统表面活性剂的大幅替代，替代量高达30%～40%，明显降低水溶性高分子生产所带来的成本。同时，所制备水溶性高分子产品分子量较传统方法制备的产品可提升10%～20%，有着非常明显技术和经济优势。

　　课题组研究的硅藻土已经应用于复合型水处理高分絮凝材料、农用控释材料及水溶性高分子合成固相表面活性材料等领域。