硅藻土是一種生物成因的硅質(zhì)沉積巖，主要由古代硅藻遺骸組成，其化學(xué)成分主要是SiO2，含有少量的Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、P2O5和有機(jī)質(zhì)。硅藻土的礦物成分主要是蛋白石及其變種，其次是粘土礦物、水云母、高嶺石、石英、長石、及有機(jī)質(zhì)等。
按照國家硅藻土行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC/T414-2000，硅藻土原土/提純土依據(jù)其SiO2含量可劃分為一級土（SiO2含量>85%）、二級土（SiO2含量80-85%）和三級土（SiO2含量75-80%）。
典型硅藻殼體的掃描電鏡（SEM）圖：（a）圓篩藻；（b）直鏈藻；（c）桅桿藻
1、中國硅藻土資源特點
作為國內(nèi)重要的非金屬礦產(chǎn)資源，中國硅藻土探明儲量（約4億噸）僅次于美國，居世界第二位、亞洲首位；遠(yuǎn)景儲量達(dá)20億噸，擁有19個大中型硅藻土礦床和若干小型礦床。
我國特大型硅藻土礦床主要有：
?。?）吉林長白縣馬鞍山和西大坡硅藻土礦床，屬優(yōu)質(zhì)大型硅藻土礦床，硅藻殼體含量較高；
（2）浙江峽縣硅藻土礦床，該礦區(qū)硅藻土中硅藻起源種屬單一，礦層連續(xù)性好，但粘土礦物和有機(jī)質(zhì)含量較高；
（3）云南尋甸先峰硅藻土礦床，該礦區(qū)硅藻土中有機(jī)質(zhì)含量較高，燒失量大；
?。?）廣東?？狄恍炻劰柙逋恋V床，該礦區(qū)硅藻殼體多數(shù)保存完整，硅藻土純度較高。
盡管我國硅藻土儲量豐富，但從品質(zhì)上看，優(yōu)質(zhì)土所占比例仍較低。除了吉林長白和云南騰沖的部分地區(qū)儲有一級硅藻土原土（SiO2含量在85%以上，可直接用作助濾劑和催化載體）外，我國大多數(shù)礦區(qū)的硅藻土都為二、三級土，這些低品位硅藻土富含粘土或有機(jī)質(zhì)，需經(jīng)進(jìn)一步提純或者深加工方可應(yīng)用。
因此，我國的硅藻土資源具有如下特點：儲量豐富，大中型礦床較多；產(chǎn)地高度集中，小型礦床較少；硅藻種屬受礦床成因影響，以淡水藻為主；優(yōu)質(zhì)礦床少，多數(shù)礦區(qū)硅藻土雜質(zhì)含量較高。
2、硅藻土的工業(yè)應(yīng)用研究進(jìn)展
作為21世紀(jì)最具生態(tài)環(huán)保的不可再生環(huán)境新材料，硅藻土被譽(yù)為“孕育生命的海底草原”。該礦物呈現(xiàn)獨特多級開孔結(jié)構(gòu)，孔徑以大孔為主，含有少量介孔，孔徑分布范圍較廣，孔結(jié)構(gòu)優(yōu)良，吸附性能強(qiáng)；另外，該生物質(zhì)成因礦物具有骨架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，容重小，熔點高，熱穩(wěn)定性較高，耐酸性強(qiáng)等優(yōu)勢，因而可作為助濾、吸附、保溫隔熱和催化載體等材料廣泛應(yīng)用于石油化工、環(huán)境、食品、建筑和等各個領(lǐng)域。
（1）助濾劑
助濾劑通常是指一種加入被過濾液體中，用來改善過濾液體澄清度，提高過濾效率及速度的輔助性粉末狀物質(zhì)。該物質(zhì)能夠改變被過濾液體中固體的粒徑分布，吸附去除污染物（懸浮物、部分有害元素或膠體粒子等），提高液體澄清度；同時又可截留固體雜質(zhì)，防止濾餅堵塞，加快其過濾速度。硅藻土具有孔結(jié)構(gòu)豐富、粒徑分布范圍廣、熱穩(wěn)定好及耐酸耐腐蝕等優(yōu)勢，是理想的助濾材料。
硅藻土用作助濾劑始于19世紀(jì)，Heddle等人獲得第一個以硅藻土作為過濾材料的發(fā)明專利，德國成為世界上第一個生產(chǎn)硅藻土助濾劑的國家。隨著20世紀(jì)硅藻土礦開采利用的普及，世界各國紛紛開始將硅藻土助濾劑應(yīng)用于工業(yè)等各個領(lǐng)域。我國的硅藻土助濾工業(yè)起步于20世紀(jì)70年代，近年來硅藻土助濾劑被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、化工、食品和環(huán)保等各個領(lǐng)域，
在提高產(chǎn)品質(zhì)量方面起到重要作用，發(fā)展態(tài)勢良好。
王澤民等人按照硅藻土過濾劑的生產(chǎn)工藝將其分為干燥品、鍛燒品和熔劑鍛燒品。在三類助濾劑中，干燥品（原料800℃以下干燥）粒度最細(xì)，適用于精細(xì)和澄清過濾，最適合做啤酒助濾劑；鍛燒品（原料800-1200℃鍛燒粉碎后經(jīng)分級調(diào)整粒度）的滲透率遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于干燥品；而熔劑鍛燒品（原料中加入助熔劑，900-1200℃鍛燒，粉碎后經(jīng)分級調(diào)整粒度）由于高溫下助熔劑在硅藻土表面會形成光滑“玻璃膜”，其滲透率和過濾速度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于干燥品和鍛燒品，結(jié)構(gòu)也更加穩(wěn)定。
陳堯等人以粗、中、細(xì)三種粒度硅藻土作為助濾劑，研究其對在頭抱菌素C發(fā)酵液過濾中的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)加入硅藻土助濾劑后，其發(fā)酵液過濾速度和澄清度均有改善，粗、中粒度硅藻土助濾后濾液濾速較快；細(xì)粒度硅藻土助濾后濾液的透光度變好。易悅等人研究發(fā)現(xiàn)，不同粒度及浸泡時間對硅藻土助濾劑（熔劑鍛燒品）的性能影響較大，浸泡時間增長會降低助濾劑阻攔雜質(zhì)的性能，不利于硅藻土助濾；粒度減小雖然能夠提升過濾性能，但濾餅阻力增大，導(dǎo)致過濾時間增長。
Du等人提出利用硅藻土作助濾劑，對一種高粘度類似凝膠狀的無毒酶濃縮液進(jìn)行了助濾。通過改變過濾速率、過濾濁度及“蛋糕狀”濾餅的阻力和濕度等條件，獲得硅藻土助濾劑的最優(yōu)助濾劑量和壓力，并實現(xiàn)了其在醫(yī)藥行業(yè)的應(yīng)用。
（2）多孔陶瓷
多孔陶瓷也稱為氣孔功能陶瓷，是在骨料中加入粘結(jié)劑和增孔劑，經(jīng)成型和特殊高溫?zé)Y(jié)工藝制備的一種具有三維立體網(wǎng)絡(luò)骨架的新型陶瓷材料，一般呈蜂窩狀和泡沫狀，孔率范圍約在20%至95%之間。由于多孔陶瓷具有孔隙度高、比表面積大等特性，加之其透氣阻力小、再生性能好、耐高溫、耐化學(xué)腐蝕性好，使得多孔陶瓷材料近年來被廣泛應(yīng)用于過濾、環(huán)保材料、催化劑載體、保溫材料、生物材料以及航空航天材料等領(lǐng)域。就多孔陶瓷而言，骨料和制備工藝是決定多孔陶瓷材料孔結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)的關(guān)鍵。與傳統(tǒng)的骨料（剛玉砂、碳化硅、荃青石和莫來石）較高的燒成溫度及價格相比，硅藻土有著明顯優(yōu)勢：天然多孔結(jié)構(gòu)，價格低廉，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐酸腐蝕，是制備多孔陶瓷的天然原料。
Vasconcelos等人以鍛燒硅藻土為骨料，采用流延成型法制備了硅藻土多孔陶瓷膜，通過改變熱壓溫度（20-90℃）來調(diào)節(jié)陶瓷膜厚度（0.6-1.3mm），制得的陶瓷膜孔徑分布范圍在0.1-1.0μm，孔隙度為44%，機(jī)械強(qiáng)度達(dá)57MPa，符合用作濾膜的壓力條件。
Zhang等人通過注漿成型制備硅藻土陶瓷坯體，對坯體燒結(jié)形成多孔陶瓷的動力學(xué)過程進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)多孔陶瓷燒制過程中經(jīng)歷三個階段過程：1000℃以下燒成塊體未出現(xiàn)明顯收縮現(xiàn)象，1050℃以上鍛燒出現(xiàn)方石英相，1200℃以上塊體明顯致密化。通過Makipirtti-Meng模型分析認(rèn)為，1100-1150℃形成的多孔陶瓷形貌和孔結(jié)構(gòu)較為簡單，而低溫下燒制樣品的孔結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。
高如琴等人在硅藻土陶瓷原料中添加一定量電氣石粉，采用濕式超細(xì)研磨-半干壓成型-低溫鍛燒工藝制備了一種新型硅藻土多孔陶瓷。發(fā)現(xiàn)制備的多孔陶瓷孔徑集中分布于200nm，孔隙度為41%。由于硅藻土多孔陶瓷吸附和電氣石降解的協(xié)同作用，反應(yīng)5小時，該多孔陶瓷材料對孔雀石綠的脫色率（90.8%）遠(yuǎn)高于未加入電氣石的硅藻土陶瓷材料。
?。?）吸附材料
吸附作用主要依靠吸附質(zhì)與吸附劑之間的界面作用。根據(jù)界面作用的不同方式，吸附主要分為物理吸附與化學(xué)吸附兩類。
表1 物理吸附與化學(xué)吸附的比較
物理吸附主要依靠分子間范德華力，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，可逆，不需要活化能；化學(xué)吸附主要依靠吸附質(zhì)與吸附劑間化學(xué)鍵合作用（電子交換、轉(zhuǎn)移或者形成共價鍵），反應(yīng)需要一定活化能，不可逆。在同一個吸附反應(yīng)過程中，可能同時存在物理吸附與化學(xué)吸附作用。
硅藻土用作吸附材料與吸附質(zhì)之間的界面作用主要有三類：
1）硅藻土孔結(jié)構(gòu)獨特，比表面積大，孔隙度高，孔隙中易發(fā)生單分子或分子層間的物理性吸附；
2）硅藻土表面電負(fù)性較強(qiáng)，靜電引力作用下易對某些陽離子如重金屬等產(chǎn)生化學(xué)吸附；
3）硅藻土表面經(jīng)基含量豐富，易與吸附質(zhì)發(fā)生化學(xué)鍵合作用。
利用硅藻土與吸附質(zhì)間界面作用所制備的吸附材料被廣泛應(yīng)用于環(huán)保領(lǐng)域：制成廢水處理劑去除水體中的各種有機(jī)染料分子、重金屬離子、污染油類、酶類、垃圾滲濾液和其他有機(jī)廢水等，改善水質(zhì)，還可吸附和截留水體中絮狀顆粒污染物；也可制成除菌劑、除臭劑和各類涂料等，去除氣態(tài)有機(jī)污染物，凈化室內(nèi)外氣體，減少空氣霧霆。此外，硅藻土還可用作保護(hù)變速催化劑；可制成殺蟲劑，吸附殺除一些害蟲；還可作為層析分離柱填充材料，提高層析柱動態(tài)洗脫功效等。
Yuan等人將納米磁鐵礦材料負(fù)載于硅藻土表面，制備硅藻土/納米磁鐵礦復(fù)合材料，并討論了所制備的復(fù)合材料對廢水中毒性較強(qiáng)的Cr6+的去除性能和動力學(xué)過程。結(jié)果表明，經(jīng)負(fù)載，硅藻土的表面和孔道中均出現(xiàn)磁鐵礦顆粒，納米材料的團(tuán)聚問題得到改善，制得的復(fù)合材料對Cr6+的去除主要依靠靜電吸附一氧化還原過程，在此過程中高毒性的Cr6+被磁鐵礦還原成低毒性的Cr3+。硅藻土/納米磁鐵礦復(fù)合材料對Cr6+的吸附容量遠(yuǎn)高于原始硅藻土，吸附等溫線符合Langmuir模型，吸附動力學(xué)過程符合偽二級動力學(xué)模型。
?。?）催化載體
載體是對活性組分起承載作用的物質(zhì)，載體的組成、表面酸堿性、比表面積及孔徑分布等性質(zhì)直接影響催化劑的催化活性。催化載體在催化劑中的作用主要有：
1）為催化劑提供有效表面和合適孔結(jié)構(gòu)；
2）提高催化劑的機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性，保證其在高溫條件下也不會失活；
3）增強(qiáng)催化劑的抗毒性能，某些載體還具有轉(zhuǎn)移和分解毒物的功能；
4）減少催化劑用量，降低成本。
硅藻土是天然優(yōu)良的載體材料，將催化劑負(fù)載于硅藻土表面，利用硅藻土的多孔性和高比表面積，不僅能夠增強(qiáng)催化劑分散性能，而且能夠使催化劑的催化活性中心位點暴露得更多，增加活性組分和反應(yīng)物的接觸機(jī)率和面積，提高催化劑的利用效率。從六十年代被用作色譜柱固定相載體到如今，硅藻土作為催化載體已被大量用于氧化、聚合、加氫、脫氫、水合、裂解及各種自由基反應(yīng)等化工反應(yīng)和生物催化反應(yīng)過程，在光、電、磁、聲和熱學(xué)等各個領(lǐng)域應(yīng)用普遍。
貴金屬或稀土族金屬（釩、錳和鎳等）是很多工業(yè)反應(yīng)必不可少的催化劑，硅藻土具有豐富的孔結(jié)構(gòu)且熱穩(wěn)定、化學(xué)穩(wěn)定性高，可作為貴金屬催化反應(yīng)的理想載體。李炳智等人以硅藻土作為載體，將Mn和Co負(fù)載于硅藻土表面，制備了具有高活性的MnOx/CoOx、復(fù)合金屬催化劑。研究表明，金屬以氧化物形式存在于硅藻土表面，制備的催化劑促使液相臭氧分解生成更多經(jīng)基自由基，對硝基芳烴類化合物具有優(yōu)良的礦化活性。
耿曉云等人將TiO2負(fù)載于硅藻土表面，討論它對于室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)化合物苯的吸附性能，對比了不同載體對復(fù)合材料光催化性能的影響。結(jié)果表明，光催化反應(yīng)400分鐘，硅藻土/TiO2對苯的去除率為80%，反復(fù)使用5次后苯去除率下降至67%；對比不同載體（活性炭、沸石等）/ TiO2復(fù)合材料對苯的去除率發(fā)現(xiàn)，復(fù)合材料對苯的去除性能與載體的吸附性能呈正相關(guān)，硅藻土單一的大孔結(jié)構(gòu)使得其對苯的去除率低于活性炭/TiO2和沸石/TiO2復(fù)合材料。
Cheng等人認(rèn)為，硅藻土對苯只有吸附性能，而將TiO2固定于硅藻土表面，復(fù)合材料對苯分子存在吸附和催化的協(xié)同作用；并且苯的初始濃度、光照時間與強(qiáng)度及室內(nèi)濕度都會顯著影響復(fù)合材料對苯的降解性能。
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