王愛勤研究員（右二）與團隊在實地考察

　　有一種黏土礦物質，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，正是中國科學院蘭州化學物理研究所的王愛勤研究員帶領的團隊。
 
"結緣”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，一位企業家拿了塊臨澤當地的黏土礦找到王愛勤，“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。但結果是這種黏土礦物的吸水性并不高。
　　在好奇心驅使下，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整的孔道結構。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作用呢？
　　懷著忐忑的心情，王愛勤指導博士生開展了相關研究工作，卻驚奇地發現，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和中國科學院“西部行動”等項目的支持下，他們系統地開展了凹凸棒石的改性研究，優化出了利用凹凸棒石制備有機無機復合保水劑的最佳工藝條件，于2004年與山東一家企業合作實現了產業化生產，產品應用到蘭州市南北兩山綠化和旱作農業中，為當時正在推進的西部大開發戰略提供了技術支撐。
　　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構的含水富鎂的鋁硅酸鹽礦物，也是一種天然納米材料，結構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用于化工、建材、造紙、醫藥、農業、環保和食品等多個領域。
　　王愛勤在調研中發現，早在上世紀90年代，一些外國公司就從國內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品，差價在200倍！”不僅如此，“由于沒有產業發展規劃，粗放開采留下很多礦坑，又極大破壞了當地的自然壞境”。
　　我國的凹凸棒石礦發現于上世紀七十年代中期，初級應用起步于1983年，到本世紀初產品的開發仍處于跟蹤模仿階段。“盡管我國凹凸棒石產業發展起步較晚，但我們必須走高值化利用發展路徑”。為此，2007年，王愛勤等人合作出版了《凹凸棒石黏土應用研究》一書，系統總結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利用存在的問題，提出了凹凸棒石深層次開發的方向。
　　“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，王愛勤團隊從復合材料的研發轉向了凹凸棒石本身。
 
“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工藝生產，產品附加值較低，產業鏈也較短，直到2010年底全縣的凹凸棒石產值還不到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。因是火山噴發沉積而成，純度高、色澤較白是蘇皖凹凸棒石的特色和優勢。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上，2008年，王愛勤團隊與盱眙一家企業合作建立了國內“凹凸棒石研發聯合實驗室”，決定走濕法高值利用工藝路線，使“黃金資源發揮黃金效益”。
　　為了進一步推動政產學研的有效結合，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“中科院盱眙凹土應用技術研發與產業化中心”，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，要發揮納米材料特性，就必須在不損傷納米結構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業化發展的世界性難題，當時尚無任何經驗可循。”
　　王愛勤說，國內外研究者采用高速攪拌、超聲、碾磨和冷凍等傳統處理方式，要么只能實現棒晶束部分解離，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。
　　他們系統研究了各種處理工藝對凹凸棒石微觀結構的影響和棒晶的損傷程度，在大量實驗的基礎上，發展出“對輥處理—制漿提純—高壓均質—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，實現了礦材料到納米材料的華麗轉身，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。該技術獲得了2015年度江蘇省科學技術一等獎。
　　有了凹凸棒石棒晶束解離技術，凹凸棒石高值應用就水到渠成了。王愛勤團隊很快就研發出礦物凝膠、高效棕櫚油脫色劑、霉菌毒素吸附劑等高值化產品，并應用到市場中。
　　一直以來，各種霉菌毒素的危害困擾著畜牧業發展，并且危害人體健康。王愛勤帶領的科研團隊創造性地研發了凹凸棒石玉米赤霉烯酮和嘔吐毒素吸附劑，并與企業合作建成了全自動化生產線，該項目獲批江蘇省科技廳2016年度重大成果轉化項目，填補了我國高端霉菌毒素吸附劑自主研發和生產領域的空白，打破國外產品在此領域的技術和市場壟斷。
　　引進的創新研發團隊為凹凸棒石產業發展提供了技術支撐，制約產業發展的棒晶束解離關鍵共性技術取得突破，但還缺少公共測試和服務平臺。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院科技服務網絡計劃（STS）區域中心“江蘇凹土產業關鍵技術創新體系與示范服務平臺建設”項目和江蘇省凹土材料產品檢測技術重點實驗室，成立了全國非金屬礦產品及制品標準化技術委員會凹凸棒石工作組，貫通了人才平臺、研發平臺和檢測服務平臺。
　　如今，在地方政府創新驅動戰略引導下，盱眙先后建成了55家凹凸棒石黏土加工企業，形成了獨具特色的產業集群和助推產業發展的“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”，這就是凹凸棒石的結緣之地—甘肅臨澤。
　　出生于甘肅民勤，畢業于蘭州大學化學系，工作于中國科學院蘭州化學物理研究所的王愛勤帶著家鄉的情感說“必須開啟甘肅凹凸棒石高值利用模式！”2017年，在當地政府的支持下，王愛勤開始將工作重心從江蘇盱眙轉移到甘肅。
　　然而，不同于盱眙高品位凹凸棒石,甘肅地區的凹凸棒石多呈現紅色，同時伴生多種其它礦物，難以開發高附加值的產品，這也嚴重制約了甘肅凹凸棒石產業的規模發展。如何讓紅色低品位凹凸棒石結構性“轉白”，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，我們就在關注甘肅凹凸棒石轉白問題。”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化應用。為此，王愛勤團隊在突破濕法低品位凹凸棒石轉白的同時，還實現了伴生礦的同步轉化關鍵技術，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“低品位凹凸棒石關鍵共性技術研發及應用”獲得了甘肅省技術發明一等獎。
　　王愛勤說，“凹凸棒石的奇妙之處，就在于它能因'石'而異，可研發出不同的應用產品”。在研究過程中，王愛勤團隊充分發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；基于棒晶束解離關鍵技術，他們利用凹凸棒石做成的鈷藍雜化顏料，每噸生產成本降低了30%左右，既實現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用領域。
　　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業發展全新的“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新產業園的建設，目前已有3家企業入駐。
　　然而，臨澤的凹凸棒石產業發展是塊“硬石頭”：一是不同礦點凹凸棒石差異較大，二是當地的工業幾乎是零起步，三是很難引進技術人才。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，要實現甘肅凹凸棒石產業化，必須腳踏實地，在引進優質企業的基礎上，建設柔性智能中試生產線；通過中試生產線來打通研發和產業化的瓶頸，并最終實現高值化的產業化應用，同時形成甘肅凹凸棒石產業可復制的發展路徑。
　　“把論文寫在祖國的大地上，把科技成果應用到市場的需求中。”這是王愛勤經常掛在嘴邊的話。在他看來，科研工作不僅是發表論文、申請專利，更要解決實際問題，實現科技成果轉化。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。“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“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表凹凸棒石SCI論文最多的作者，連續2年入選全球高被引科學家榜單;申請國家發明專利82件，其中獲授權45件；成功轉化4個產品；實現了基礎研究、應用研究與產業化融通創新發展，形成了具有自主知識產權的技術創新鏈，使我國凹凸棒石研發水平從“跟跑”變為“引領”。目前，他們已建成“甘肅省黏土礦物應用研究重點實驗室”，正在建設“甘肅省礦物功能材料制造業創新中心”和“甘肅省黏土礦物功能材料工程技術中心”。
2019年1月8日上午，2018年度國家科學技術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鍵技術開發與應用”獲2018年度國家技術發明獎二等獎。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>
 

獲國家技術發明二等獎

　　很多媒體在報道王愛勤時，喜歡用“點石成金”描述他對產業發展的貢獻。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：它有天然的納米結構，它不可再生，還可以挖掘更多的用途，更要實現源于自然、用于自然、融于自然的應用理念……在他看來，他的研究和開發，只是用他的化學背景和視角，將礦物轉化為功能材料，將實驗室樣品變為了產品，得益于學科的交叉和融合。
　　然而我們深知，在實現礦物到納米功能材料的背后，則是王愛勤及其團隊18年如一日的執著探索與實踐。正是因為扎根凹凸棒石，堅持從基礎到應用，從研發到推廣，并始終以解決市場需求為目標導向，才會取得今天“點石成金”的夢幻成效。
 
人物鏈接：
 
　　王愛勤，男，理學博士，研究員，博士生導師。1986年7月畢業于蘭州大學化學系，1999年6月畢業于中國科學院蘭州化學物理研究所獲博士學位，2002年在日本作JSPS高級訪問學者。甘肅省黏土礦物應用研究重點實驗室主任，中國科學院蘭州化學物理研究所環境材料與生態化學研究發展中心主任，中國科學院盱眙凹土應用技術研發與產業化中心主任，甘肅省凹凸棒石產業技術創新戰略聯盟理事長，江蘇省凹凸棒石產業技術創新戰略聯盟理事長，中國非金屬礦工業協會黏土礦物專業委員會副理事長，中國非金屬礦工業協會專家委員會副主任，全國非金屬礦產品及制品標準化技術委員會凹凸棒石工作組技術委員會主任委員，中國硅酸鹽學會非金屬礦和礦物材料分會理事，中國土壤學會土壤修復專業委員會委員，蘭州大學兼職教授。2002年入選甘肅省“入選甘創新人才工程第一層次人選；2011年入選江蘇省“雙創人才”計劃；2016年入選中科院“特聘研究員”；獲國務院頒發的政府特殊津貼。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“高被引科學家(Highly Cited Researchers)工程學領域榜單。先后主持完成和正在承擔包括國家自然科學基金、863、中國科學院“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；在國內外刊物上發表論文500余篇，出版專著6部；申請發明專利100余件，獲授權60余件；獲省部級成果獎15項。
 
來源：粉體技術網
 

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