王愛勤研究員（右二）與團隊在實地考察
有一種黏土礦物質(zhì)，叫凹凸棒石。它主要形成于距今上億年前的白堊紀和第三紀時期。在黏土界，它有“千土之王”“萬用之土”的美譽。人們吃的大豆油需要用它脫色，以過濾掉黃曲霉素等有害成分；添加它做成的面膜，會更加平滑、通氣、吸油力強，且高度環(huán)保；在食品包裝袋中，用它吸收水分，食品會香脆可口……然而，這樣一種神奇的黏土礦物在很長時間里被人們當做“土”用。如今，將它“點石成金”的人，正是中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所的王愛勤研究員帶領(lǐng)的團隊。
"結(jié)緣”凹凸棒石
王愛勤說，他與凹凸棒石的緣分好像是“命中注定的”，他第一次接觸到的凹凸棒石來自甘肅臨澤。
2000年，一位企業(yè)家拿了塊臨澤當?shù)氐酿ね恋V找到王愛勤，“這個黏土礦是凹凸棒石，吸水能力可以達到1：300，可以做保水劑使用”。王愛勤當時正在做有機無機復(fù)合保水劑研究，看到這個“神奇的黏土礦物”立即進行了測試。但結(jié)果是這種黏土礦物的吸水性并不高。
在好奇心驅(qū)使下，王愛勤查閱了大量資料，原來這種黏土礦物很不簡單，它具有特殊的棒狀晶束形貌和規(guī)整的孔道結(jié)構(gòu)。能否用凹凸棒石的棒晶在保水劑制備中起到物理輔助交聯(lián)作用呢？
懷著忐忑的心情，王愛勤指導(dǎo)博士生開展了相關(guān)研究工作，卻驚奇地發(fā)現(xiàn)，凹凸棒石添加量在30%時仍能達到單純丙烯酸聚合保水劑的吸水能力，而凹凸棒石正是起到了類似混凝土中“鋼筋”的作用。
之后，在國家863和中國科學(xué)院“西部行動”等項目的支持下，他們系統(tǒng)地開展了凹凸棒石的改性研究，優(yōu)化出了利用凹凸棒石制備有機無機復(fù)合保水劑的最佳工藝條件，于2004年與山東一家企業(yè)合作實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)品應(yīng)用到蘭州市南北兩山綠化和旱作農(nóng)業(yè)中，為當時正在推進的西部大開發(fā)戰(zhàn)略提供了技術(shù)支撐。
保水劑的成功并沒有讓王愛勤團隊停下凹凸棒石研究的腳步。相反，完成“打醬油”期后對凹凸棒石的認識更加“深厚”。
凹凸棒石是一種具有棒狀晶體結(jié)構(gòu)的含水富鎂的鋁硅酸鹽礦物，也是一種天然納米材料，結(jié)構(gòu)負電荷和孔道使其具有很強的吸附、懸浮、觸變、增韌補強能力。因而在國外被廣泛應(yīng)用于化工、建材、造紙、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、環(huán)保和食品等多個領(lǐng)域。
王愛勤在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，早在上世紀90年代，一些外國公司就從國內(nèi)大量采購凹凸棒石黏土礦，“以每噸100元（人民幣）的價格把礦石拿過去，加工成產(chǎn)品高價賣給我們，每噸2萬元以上”。說到這里，王愛勤有些痛心。“這么好的東西，我們賣原料他們賣產(chǎn)品，差價在200倍！”不僅如此，“由于沒有產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，粗放開采留下很多礦坑，又極大破壞了當?shù)氐淖匀粔木?rdquo;。
我國的凹凸棒石礦發(fā)現(xiàn)于上世紀七十年代中期，初級應(yīng)用起步于1983年，到本世紀初產(chǎn)品的開發(fā)仍處于跟蹤模仿階段。“盡管我國凹凸棒石產(chǎn)業(yè)發(fā)展起步較晚，但我們必須走高值化利用發(fā)展路徑”。為此，2007年，王愛勤等人合作出版了《凹凸棒石黏土應(yīng)用研究》一書，系統(tǒng)總結(jié)了我國凹凸棒石研究取得的階段性成果，指出了我國凹凸棒石開發(fā)利用存在的問題，提出了凹凸棒石深層次開發(fā)的方向。
“就在寫完這本書的時候，突然覺得我們有責任去深化對凹凸棒石的研究，更有興趣探究凹凸棒石的新用途”。于是，王愛勤團隊從復(fù)合材料的研發(fā)轉(zhuǎn)向了凹凸棒石本身。
“情定”凹凸棒石
盱眙地處江蘇北部，因其豐富的凹凸棒石資源，有著“中國凹土之都”的稱號。但多年來采用干法傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)，產(chǎn)品附加值較低，產(chǎn)業(yè)鏈也較短，直到2010年底全縣的凹凸棒石產(chǎn)值還不到4億元。
早在2003年，王愛勤就到過盱眙，“考察”了這里的凹凸棒石。因是火山噴發(fā)沉積而成，純度高、色澤較白是蘇皖凹凸棒石的特色和優(yōu)勢。于是，2007年開始，他們將研究對象聚焦到江蘇盱眙。在前期研究的積累基礎(chǔ)上，2008年，王愛勤團隊與盱眙一家企業(yè)合作建立了國內(nèi)“凹凸棒石研發(fā)聯(lián)合實驗室”，決定走濕法高值利用工藝路線，使“黃金資源發(fā)揮黃金效益”。
為了進一步推動政產(chǎn)學(xué)研的有效結(jié)合，2010年，已是二級研究員的王愛勤掛職盱眙縣科技副縣長，負責籌建了中科院與盱眙縣共建的“中科院盱眙凹土應(yīng)用技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化中心”，先后引進了6個團隊入駐中心，而王愛勤和他的團隊是率先入駐的。
“大自然真是偉大，一維的納米棒晶、規(guī)整的孔道……”王愛勤毫不吝嗇地表達著對凹凸棒石的偏愛。但“凹凸棒石高值應(yīng)用的最大困難，就是如何解離棒晶束”，王愛勤說，“天然形成的凹凸棒石棒晶大多以鳥巢狀或柴垛狀聚集，要發(fā)揮納米材料特性，就必須在不損傷納米結(jié)構(gòu)的前提下進行凹凸棒石棒晶束的高效解離。而這也是制約凹凸棒石產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的世界性難題，當時尚無任何經(jīng)驗可循。”
王愛勤說，國內(nèi)外研究者采用高速攪拌、超聲、碾磨和冷凍等傳統(tǒng)處理方式，要么只能實現(xiàn)棒晶束部分解離，要么會損傷晶體固有的長徑比，影響其納米性能的應(yīng)用。為此，我們必須另辟蹊徑。
“一定要攻克這些困難！”王愛勤堅定地說。而這一做就是五年。
他們系統(tǒng)研究了各種處理工藝對凹凸棒石微觀結(jié)構(gòu)的影響和棒晶的損傷程度，在大量實驗的基礎(chǔ)上，發(fā)展出“對輥處理—制漿提純—高壓均質(zhì)—乙醇交換”一體化工藝，在保持凹凸棒石固有長徑比的前提下，成功實現(xiàn)了棒晶束的高效解離，棒晶達到納米級分散，解決了干燥過程中納米棒晶的二次團聚問題，實現(xiàn)了礦材料到納米材料的華麗轉(zhuǎn)身，并于2014年出版了《凹凸棒石棒晶束解離及其納米功能材料》一書。該技術(shù)獲得了2015年度江蘇省科學(xué)技術(shù)一等獎。
有了凹凸棒石棒晶束解離技術(shù)，凹凸棒石高值應(yīng)用就水到渠成了。王愛勤團隊很快就研發(fā)出礦物凝膠、高效棕櫚油脫色劑、霉菌毒素吸附劑等高值化產(chǎn)品，并應(yīng)用到市場中。
一直以來，各種霉菌毒素的危害困擾著畜牧業(yè)發(fā)展，并且危害人體健康。王愛勤帶領(lǐng)的科研團隊創(chuàng)造性地研發(fā)了凹凸棒石玉米赤霉烯酮和嘔吐毒素吸附劑，并與企業(yè)合作建成了全自動化生產(chǎn)線，該項目獲批江蘇省科技廳2016年度重大成果轉(zhuǎn)化項目，填補了我國高端霉菌毒素吸附劑自主研發(fā)和生產(chǎn)領(lǐng)域的空白，打破國外產(chǎn)品在此領(lǐng)域的技術(shù)和市場壟斷。
引進的創(chuàng)新研發(fā)團隊為凹凸棒石產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了技術(shù)支撐，制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展的棒晶束解離關(guān)鍵共性技術(shù)取得突破，但還缺少公共測試和服務(wù)平臺。在中科院南京分院的大力支持下，王愛勤申請到了中國科學(xué)院科技服務(wù)網(wǎng)絡(luò)計劃（STS）區(qū)域中心“江蘇凹土產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新體系與示范服務(wù)平臺建設(shè)”項目和江蘇省凹土材料產(chǎn)品檢測技術(shù)重點實驗室，成立了全國非金屬礦產(chǎn)品及制品標準化技術(shù)委員會凹凸棒石工作組，貫通了人才平臺、研發(fā)平臺和檢測服務(wù)平臺。
如今，在地方政府創(chuàng)新驅(qū)動戰(zhàn)略引導(dǎo)下，盱眙先后建成了55家凹凸棒石黏土加工企業(yè)，形成了獨具特色的產(chǎn)業(yè)集群和助推產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“盱眙模式”。
“智造”凹凸棒石
王愛勤并沒有沉浸在“盱眙模式”的成功中，他心里一直有一個“結(jié)”，這就是凹凸棒石的結(jié)緣之地—甘肅臨澤。
出生于甘肅民勤，畢業(yè)于蘭州大學(xué)化學(xué)系，工作于中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所的王愛勤帶著家鄉(xiāng)的情感說“必須開啟甘肅凹凸棒石高值利用模式！”2017年，在當?shù)卣闹С窒?，王愛勤開始將工作重心從江蘇盱眙轉(zhuǎn)移到甘肅。
然而，不同于盱眙高品位凹凸棒石,甘肅地區(qū)的凹凸棒石多呈現(xiàn)紅色，同時伴生多種其它礦物，難以開發(fā)高附加值的產(chǎn)品，這也嚴重制約了甘肅凹凸棒石產(chǎn)業(yè)的規(guī)模發(fā)展。如何讓紅色低品位凹凸棒石結(jié)構(gòu)性“轉(zhuǎn)白”，成了王愛勤團隊想攻克的又一個難題。
“2008年開啟凹凸棒石棒晶束解離研究的時候，我們就在關(guān)注甘肅凹凸棒石轉(zhuǎn)白問題。”甘肅凹凸棒石是湖相沉積形成的，凹凸棒石本身含量不超過50%，伴生著伊利石和云母等礦物，但混維礦物可以同步轉(zhuǎn)化應(yīng)用。為此，王愛勤團隊在突破濕法低品位凹凸棒石轉(zhuǎn)白的同時，還實現(xiàn)了伴生礦的同步轉(zhuǎn)化關(guān)鍵技術(shù)，這對甘肅這類蘊藏低品位凹凸棒石的地方來說，無疑是重要的“福音”。2017年，王愛勤團隊的“低品位凹凸棒石關(guān)鍵共性技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用”獲得了甘肅省技術(shù)發(fā)明一等獎。
王愛勤說，“凹凸棒石的奇妙之處，就在于它能因'石'而異，可研發(fā)出不同的應(yīng)用產(chǎn)品”。在研究過程中，王愛勤團隊充分發(fā)揮紅色凹凸棒石黏土本身的顏色特性，制備出新型鐵紅雜化顏料；基于棒晶束解離關(guān)鍵技術(shù)，他們利用凹凸棒石做成的鈷藍雜化顏料，每噸生產(chǎn)成本降低了30%左右，既實現(xiàn)了凹凸棒石的高值化利用，也解決了鈷藍顏料成本過高的問題，進一步拓展了凹凸棒石的應(yīng)用領(lǐng)域。
不過，王愛勤并沒有止步于這些成績。如何摸索出助推甘肅凹凸棒石產(chǎn)業(yè)發(fā)展全新的“甘肅模式”，是他當下最操心的事。
近兩年，王愛勤和他的團隊經(jīng)常往返于盱眙、蘭州、臨澤三地。僅2017年，王愛勤9次前往臨澤，推動了甘肅凹凸棒石創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)園的建設(shè)，目前已有3家企業(yè)入駐。
然而，臨澤的凹凸棒石產(chǎn)業(yè)發(fā)展是塊“硬石頭”：一是不同礦點凹凸棒石差異較大，二是當?shù)氐墓I(yè)幾乎是零起步，三是很難引進技術(shù)人才。對王愛勤來說，打造“甘肅模式”的路還很長。但是，王愛勤對此卻十分樂觀。他說，要實現(xiàn)甘肅凹凸棒石產(chǎn)業(yè)化，必須腳踏實地，在引進優(yōu)質(zhì)企業(yè)的基礎(chǔ)上，建設(shè)柔性智能中試生產(chǎn)線；通過中試生產(chǎn)線來打通研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的瓶頸，并最終實現(xiàn)高值化的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，同時形成甘肅凹凸棒石產(chǎn)業(yè)可復(fù)制的發(fā)展路徑。
“把論文寫在祖國的大地上，把科技成果應(yīng)用到市場的需求中。”這是王愛勤經(jīng)常掛在嘴邊的話。在他看來，科研工作不僅是發(fā)表論文、申請專利，更要解決實際問題，實現(xiàn)科技成果轉(zhuǎn)化。這個過程注定是一個十分漫長的過程，需要一步一個腳印走準、走穩(wěn)。“臨澤就需要在這樣的一條路上慢慢做起來”，只有這樣，才能實現(xiàn)“凹凸棒石強縣”的愿望。
從2000年開始，18年來，王愛勤跑遍了國內(nèi)凹凸棒石礦，先后3次去美國交流訪問。目前王愛勤是國際上發(fā)表凹凸棒石SCI論文最多的作者，連續(xù)2年入選全球高被引科學(xué)家榜單;申請國家發(fā)明專利82件，其中獲授權(quán)45件；成功轉(zhuǎn)化4個產(chǎn)品；實現(xiàn)了基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究與產(chǎn)業(yè)化融通創(chuàng)新發(fā)展，形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)創(chuàng)新鏈，使我國凹凸棒石研發(fā)水平從“跟跑”變?yōu)?ldquo;引領(lǐng)”。目前，他們已建成“甘肅省黏土礦物應(yīng)用研究重點實驗室”，正在建設(shè)“甘肅省礦物功能材料制造業(yè)創(chuàng)新中心”和“甘肅省黏土礦物功能材料工程技術(shù)中心”。
2019年1月8日上午，2018年度國家科學(xué)技術(shù)獎勵大會在人民大會堂隆重舉行。他們“基于濕法凹凸棒石高值利用關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用”獲2018年度國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎。王愛勤說，這是對過去工作的肯定，但更是對未來工作的鞭策?！?/span>
獲國家技術(shù)發(fā)明二等獎
很多媒體在報道王愛勤時，喜歡用“點石成金”描述他對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的貢獻。然而，王愛勤卻非常謙虛，他一再表示自己“沒有那么神奇”。在他眼里，凹凸棒石高值利用是他的夢想：它有天然的納米結(jié)構(gòu)，它不可再生，還可以挖掘更多的用途，更要實現(xiàn)源于自然、用于自然、融于自然的應(yīng)用理念……在他看來，他的研究和開發(fā)，只是用他的化學(xué)背景和視角，將礦物轉(zhuǎn)化為功能材料，將實驗室樣品變?yōu)榱水a(chǎn)品，得益于學(xué)科的交叉和融合。
然而我們深知，在實現(xiàn)礦物到納米功能材料的背后，則是王愛勤及其團隊18年如一日的執(zhí)著探索與實踐。正是因為扎根凹凸棒石，堅持從基礎(chǔ)到應(yīng)用，從研發(fā)到推廣，并始終以解決市場需求為目標導(dǎo)向，才會取得今天“點石成金”的夢幻成效。
人物鏈接：
王愛勤，男，理學(xué)博士，研究員，博士生導(dǎo)師。1986年7月畢業(yè)于蘭州大學(xué)化學(xué)系，1999年6月畢業(yè)于中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所獲博士學(xué)位，2002年在日本作JSPS高級訪問學(xué)者。甘肅省黏土礦物應(yīng)用研究重點實驗室主任，中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所環(huán)境材料與生態(tài)化學(xué)研究發(fā)展中心主任，中國科學(xué)院盱眙凹土應(yīng)用技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化中心主任，甘肅省凹凸棒石產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟理事長，江蘇省凹凸棒石產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟理事長，中國非金屬礦工業(yè)協(xié)會黏土礦物專業(yè)委員會副理事長，中國非金屬礦工業(yè)協(xié)會專家委員會副主任，全國非金屬礦產(chǎn)品及制品標準化技術(shù)委員會凹凸棒石工作組技術(shù)委員會主任委員，中國硅酸鹽學(xué)會非金屬礦和礦物材料分會理事，中國土壤學(xué)會土壤修復(fù)專業(yè)委員會委員，蘭州大學(xué)兼職教授。2002年入選甘肅省“入選甘創(chuàng)新人才工程第一層次人選；2011年入選江蘇省“雙創(chuàng)人才”計劃；2016年入選中科院“特聘研究員”；獲國務(wù)院頒發(fā)的政府特殊津貼。擔任Chemical Engineering Research and Design等5個國外雜志編委；入選2017年和2018年全球“高被引科學(xué)家(Highly Cited Researchers)工程學(xué)領(lǐng)域榜單。先后主持完成和正在承擔包括國家自然科學(xué)基金、863、中國科學(xué)院“西部之光”、江蘇省科技支撐和甘肅省科技支撐等項目40余項；在國內(nèi)外刊物上發(fā)表論文500余篇，出版專著6部；申請發(fā)明專利100余件，獲授權(quán)60余件；獲省部級成果獎15項。
來源：粉體技術(shù)網(wǎng)
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