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| 用科技提升硅藻土的附加值——中科院生態(tài)環(huán)境高分子材料重點實驗室王丕新研究員 |
| 來源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時間：2016-06-12 09:03:26 瀏覽次數(shù)： |
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復(fù)合絮凝材料產(chǎn)品
吉林省長白山硅藻土礦區(qū)是中國最大的硅藻土，特別是優(yōu)質(zhì)硅藻土的產(chǎn)地，其儲量超過中國硅藻土總儲量的一半。
中科院生態(tài)環(huán)境高分子材料重點實驗室（隸屬于中科院長春應(yīng)用化學研究所）水資源材料課題組負責人王丕新研究員告訴《中國科學報》記者：“如何利用豐富的自然資源，將自然資源進一步科技化和高附加值化是我們課題組研究的初衷之一。”
日前，水資源材料課題組在硅藻土高值化應(yīng)用方面獲新進展，并通過吉林省科技廳組織的項目驗收，相關(guān)的研究內(nèi)容已申報國家發(fā)明專利6項，其中3項獲得授權(quán)。
從涂料到助濾劑
硅藻土是由單細胞水生植物硅藻的遺骸沉積所形成，這種硅藻的獨特性在于能吸收水中的游離硅形成其骨骸，當其生命結(jié)束后沉積，在一定的地質(zhì)條件下形成硅藻土礦床。
王丕新介紹道，硅藻土具有孔隙度大、吸收性強、化學性質(zhì)穩(wěn)定、耐磨、耐熱等特點，能為涂料提供優(yōu)異的表面性能，降低涂膜的表面光澤并增加涂膜的耐磨性及抗劃痕性。
同時，硅藻土較大的比表面積（單位質(zhì)量物料所具有的總面積）和多孔性還可以提供去濕、除臭、催化抗毒抑菌、凈化空氣，隔音、防水和隔熱、通透性好等優(yōu)點。
因此，硅藻土被認為是一種具有良好性價比的高效涂料用消光粉產(chǎn)品，已被國際上眾多的大型涂料生產(chǎn)商作為指定用品。課題組副研究員徐昆告訴記者：“目前硅藻土被廣泛應(yīng)用于乳膠漆、醇酸樹脂漆和聚酯漆等多種涂料體系中，尤其適用于建筑涂料的生產(chǎn)。”
比如，日本西藤壁材的Fujiwara硅藻土涂料、原野-SR系列涂料、蘭舍硅藻泥、立邦QA-465A內(nèi)墻硅藻土凈味抗甲醛面涂。
此外，在工業(yè)過濾中過濾介質(zhì)有硅藻土、珍珠巖、纖維素、濾棉、石棉纖維、細粒的硅膠、活性炭等，但以硅藻土的使用最為廣泛，約占過濾介質(zhì)總使用量的75％。
王丕新指出：“由于硅藻土助濾劑具有獨特的物理結(jié)構(gòu)、可變的粒度范圍以及穩(wěn)定的化學性能，故可大大提高過濾效率，改善澄清度，從而降低生產(chǎn)成本，減輕勞動強度，提高生產(chǎn)率，因而更適合于多品種的飲料工業(yè)過濾。”
當前，以硅藻土助濾劑作為飲料的過濾介質(zhì)，主要應(yīng)用于啤酒、葡萄酒、酒精、各種碳酸飲料、果汁、果酒、汽酒的過濾。如今在國內(nèi)外各大啤酒飲料生產(chǎn)廠家的制造工藝中，硅藻土過濾幾乎是必須的工藝環(huán)節(jié)之一。
研制復(fù)合絮凝材料
近15年來，王丕新課題組一直從事水溶性高分子相關(guān)研究工作，尤其在水溶性高分子應(yīng)用研究方面具有較多積累和經(jīng)驗。硅藻土由于自身多孔、強吸收、輕質(zhì)等特點，在水溶性高分子領(lǐng)域應(yīng)用較多。
通過數(shù)年刻苦技術(shù)攻關(guān)，長春應(yīng)用化學研究所成功研制系列高效耐鹽性硅藻土復(fù)合絮凝材料。
“傳統(tǒng)硅藻土在水處理方面多作為脫色、除污染物的吸附材料或催化載體材料等。我們利用硅藻土作為接枝聚合的主體和無機相，制備了高性能復(fù)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鏈段具有特殊的分子構(gòu)型，從而可以降低絮凝材料在使用過程中的用量，提升絮凝效率和效果。
該復(fù)合絮凝材料一方面可以綜合無機相和有機高分子相的兩方面優(yōu)勢；另一方面可以顯著降低高分子絮凝材料的成本，由于無機硅藻土的加入，復(fù)合絮凝材料成本較同類產(chǎn)品可大幅降低30%左右。
徐昆告訴記者：“我們的材料不僅具有絮凝效果優(yōu)異、溶解快等優(yōu)點，而且對高鹽、高礦化度等復(fù)雜污水體系（如造紙工業(yè)廢水、油田作業(yè)廢水等）表現(xiàn)出良好的適應(yīng)性。”
目前，長春應(yīng)用化學研究所已同威海金鈺環(huán)保有限公司合作開展水處理用復(fù)合絮凝材料及水溶性高分子材料的設(shè)計開發(fā)工作；同中石油大慶油田、新疆油田及中科油服技術(shù)有限公司等合作開展水處理用復(fù)合絮凝材料的應(yīng)用研究工作。
瞄準高值化應(yīng)用
硅藻土有較為廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。如前面所提到的涂料、建筑材料、水處理過濾材料、食品過濾介質(zhì)料等。其中，助濾劑是占比重較大的應(yīng)用領(lǐng)域，也是硅藻土應(yīng)用附加值較高的應(yīng)用領(lǐng)域。
近年來，光伏產(chǎn)業(yè)及計算機產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，利用優(yōu)質(zhì)硅源發(fā)展硅片、單晶或多晶硅片，是賦予硅藻土高附加值的一項新應(yīng)用領(lǐng)域。王丕新也發(fā)現(xiàn)，這些應(yīng)用領(lǐng)域要求硅源具有較高的純度，同時加工制造工藝過程復(fù)雜、污染嚴重，因此在一定程度上也對硅藻土行業(yè)健康快速發(fā)展帶來一定制約。
他還指出，目前硅藻土資源利用多依賴于助濾劑及晶體硅片的生產(chǎn)加工，產(chǎn)品單一、污染嚴重，科技及經(jīng)濟附加值低。如何提高硅藻土產(chǎn)品科技與經(jīng)濟附加值是整個行業(yè)急需解決的核心技術(shù)問題。
長春應(yīng)用化學研究所立足解決地方工業(yè)技術(shù)難題，依托自身技術(shù)積累和優(yōu)勢，著眼于硅藻土高值化應(yīng)用研究領(lǐng)域。
除了前面提及的復(fù)合絮凝材料，王丕新課題組利用硅藻土多孔、農(nóng)業(yè)安全等特點，開發(fā)了高硅藻土含量的復(fù)合型緩釋化肥材料，體系內(nèi)硅藻土含量高達80%～90%，可以顯著提升化肥的控釋效果，實現(xiàn)尿素、復(fù)合肥等肥料的有效控釋。
此外，課題組人員充分利用Pickering乳液形成機理，通過引入硅藻土（改性硅藻土）同傳統(tǒng)表面活性劑構(gòu)成復(fù)合穩(wěn)定體系，成功實現(xiàn)了高分子量水溶性高分子的W/O型乳液聚合。
通過此研究，硅藻土可實現(xiàn)傳統(tǒng)表面活性劑的大幅替代，替代量高達30%～40%，顯著降低水溶性高分子生產(chǎn)成本。同時，所制備水溶性高分子產(chǎn)品分子量較傳統(tǒng)方法制備的產(chǎn)品可提升10%～20%，具有明顯技術(shù)和經(jīng)濟優(yōu)勢。
課題組研究的硅藻土已經(jīng)應(yīng)用于復(fù)合型水處理高分絮凝材料、農(nóng)用控釋材料及水溶性高分子合成固相表面活性材料等領(lǐng)域。
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