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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(diǎn)實(shí)驗室王丕新研究員 |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2016-06-12 09:03:26 瀏覽次數： |
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復合絮凝材料產(chǎn)品
吉林省長(cháng)白山硅藻土礦區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(guò)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(diǎn)實(shí)驗室（隸屬于中科院長(cháng)春應用化學(xué)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(xué)報》記者：“如何利用豐富的自然資源，將自然資源進(jìn)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用方面獲新進(jìn)展，并通過(guò)吉林省科技廳組織的項目驗收，相關(guān)的研究?jì)热菀焉陥髧野l(fā)明專(zhuān)利6項，其中3項獲得授權。
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(xué)性質(zhì)穩定、耐磨、耐熱等特點(diǎn)，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(shí)，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(diǎn)。
因此，硅藻土被認為是一種具有良好性?xún)r(jià)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用于乳膠漆、醇酸樹(shù)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內墻硅藻土凈味抗甲醛面涂。
此外，在工業(yè)過(guò)濾中過(guò)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(guò)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構、可變的粒度范圍以及穩定的化學(xué)性能，故可大大提高過(guò)濾效率，改善澄清度，從而降低生產(chǎn)成本，減輕勞動(dòng)強度，提高生產(chǎn)率，因而更適合于多品種的飲料工業(yè)過(guò)濾。”
當前，以硅藻土助濾劑作為飲料的過(guò)濾介質(zhì)，主要應用于啤酒、葡萄酒、酒精、各種碳酸飲料、果汁、果酒、汽酒的過(guò)濾。如今在國內外各大啤酒飲料生產(chǎn)廠(chǎng)家的制造工藝中，硅藻土過(guò)濾幾乎是必須的工藝環(huán)節之一。
研制復合絮凝材料
近15年來(lái)，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(diǎn)，在水溶性高分子領(lǐng)域應用較多。
通過(guò)數年刻苦技術(shù)攻關(guān)，長(cháng)春應用化學(xué)研究所成功研制系列高效耐鹽性硅藻土復合絮凝材料。
“傳統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(wú)機相，制備了高性能復合絮凝材料。”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型，從而可以降低絮凝材料在使用過(guò)程中的用量，提升絮凝效率和效果。
該復合絮凝材料一方面可以綜合無(wú)機相和有機高分子相的兩方面優(yōu)勢；另一方面可以顯著(zhù)降低高分子絮凝材料的成本，由于無(wú)機硅藻土的加入，復合絮凝材料成本較同類(lèi)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(diǎn)，而且對高鹽、高礦化度等復雜污水體系（如造紙工業(yè)廢水、油田作業(yè)廢水等）表現出良好的適應性。”
目前，長(cháng)春應用化學(xué)研究所已同威海金鈺環(huán)保有限公司合作開(kāi)展水處理用復合絮凝材料及水溶性高分子材料的設計開(kāi)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(kāi)展水處理用復合絮凝材料的應用研究工作。
瞄準高值化應用
硅藻土有較為廣泛的應用領(lǐng)域。如前面所提到的涂料、建筑材料、水處理過(guò)濾材料、食品過(guò)濾介質(zhì)料等。其中，助濾劑是占比重較大的應用領(lǐng)域，也是硅藻土應用附加值較高的應用領(lǐng)域。
近年來(lái)，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用領(lǐng)域。王丕新也發(fā)現，這些應用領(lǐng)域要求硅源具有較高的純度，同時(shí)加工制造工藝過(guò)程復雜、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(lái)一定制約。
他還指出，目前硅藻土資源利用多依賴(lài)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(gè)行業(yè)急需解決的核心技術(shù)問(wèn)題。
長(cháng)春應用化學(xué)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(zhù)眼于硅藻土高值化應用研究領(lǐng)域。
除了前面提及的復合絮凝材料，王丕新課題組利用硅藻土多孔、農業(yè)安全等特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)了高硅藻土含量的復合型緩釋化肥材料，體系內硅藻土含量高達80%～90%，可以顯著(zhù)提升化肥的控釋效果，實(shí)現尿素、復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(guò)引入硅藻土（改性硅藻土）同傳統表面活性劑構成復合穩定體系，成功實(shí)現了高分子量水溶性高分子的W/O型乳液聚合。
通過(guò)此研究，硅藻土可實(shí)現傳統表面活性劑的大幅替代，替代量高達30%～40%，顯著(zhù)降低水溶性高分子生產(chǎn)成本。同時(shí)，所制備水溶性高分子產(chǎn)品分子量較傳統方法制備的產(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)應用于復合型水處理高分絮凝材料、農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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