王愛(ài)勤研究員（右二）與團隊在實(shí)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(shí)期。在黏土界，它有“千土之王”“萬(wàn)用之土”的美譽(yù)。人們吃的大豆油需要用它脫色，以過(guò)濾掉黃曲霉素等有害成分；添加它做成的面膜，會(huì )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(huì )香脆可口……然而，這樣一種神奇的黏土礦物在很長(cháng)時(shí)間里被人們當做“土”用。如今，將它“點(diǎn)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(ài)勤研究員帶領(lǐng)的團隊。
 
"結緣”凹凸棒石
 
　　王愛(ài)勤說(shuō)，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(lái)自甘肅臨澤。
　　2000年，一位企業(yè)家拿了塊臨澤當地的黏土礦找到王愛(ài)勤，“這個(gè)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(ài)勤當時(shí)正在做有機無(wú)機復合保水劑研究，看到這個(gè)“神奇的黏土礦物”立即進(jìn)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(ài)勤查閱了大量資料，原來(lái)這種黏土礦物很不簡(jiǎn)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(lián)作用呢？
　　懷著(zhù)忐忑的心情，王愛(ài)勤指導博士生開(kāi)展了相關(guān)研究工作，卻驚奇地發(fā)現，凹凸棒石添加量在30%時(shí)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(lèi)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(dòng)”等項目的支持下，他們系統地開(kāi)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(wú)機復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(shí)現了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)品應用到蘭州市南北兩山綠化和旱作農業(yè)中，為當時(shí)正在推進(jìn)的西部大開(kāi)發(fā)戰略提供了技術(shù)支撐。
　　保水劑的成功并沒(méi)有讓王愛(ài)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(yè)、環(huán)保和食品等多個(gè)領(lǐng)域。
　　王愛(ài)勤在調研中發(fā)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(jià)格把礦石拿過(guò)去，加工成產(chǎn)品高價(jià)賣(mài)給我們，每噸2萬(wàn)元以上”。說(shuō)到這里，王愛(ài)勤有些痛心。“這么好的東西，我們賣(mài)原料他們賣(mài)產(chǎn)品，差價(jià)在200倍！”不僅如此，“由于沒(méi)有產(chǎn)業(yè)發(fā)展規劃，粗放開(kāi)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(fā)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(chǎn)品的開(kāi)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(ài)勤等人合作出版了《凹凸棒石黏土應用研究》一書(shū)，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(kāi)發(fā)利用存在的問(wèn)題，提出了凹凸棒石深層次開(kāi)發(fā)的方向。
　　“就在寫(xiě)完這本書(shū)的時(shí)候，突然覺(jué)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(ài)勤團隊從復合材料的研發(fā)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(zhù)“中國凹土之都”的稱(chēng)號。但多年來(lái)采用干法傳統工藝生產(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(ài)勤就到過(guò)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(kāi)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(ài)勤團隊與盱眙一家企業(yè)合作建立了國內“凹凸棒石研發(fā)聯(lián)合實(shí)驗室”，決定走濕法高值利用工藝路線(xiàn)，使“黃金資源發(fā)揮黃金效益”。
　　為了進(jìn)一步推動(dòng)政產(chǎn)學(xué)研的有效結合，2010年，已是二級研究員的王愛(ài)勤掛職盱眙縣科技副縣長(cháng)，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(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化中心”，先后引進(jìn)了6個(gè)團隊入駐中心，而王愛(ài)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(ài)勤毫不吝嗇地表達著(zhù)對凹凸棒石的偏愛(ài)。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(ài)勤說(shuō)，“天然形成的凹凸棒石棒晶大多以鳥(niǎo)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構的前提下進(jìn)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(shí)尚無(wú)任何經(jīng)驗可循。”
　　王愛(ài)勤說(shuō)，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(shí)現棒晶束部分解離，要么會(huì )損傷晶體固有的長(cháng)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(ài)勤堅定地說(shuō)。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(guān)結構的影響和棒晶的損傷程度，在大量實(shí)驗的基礎上，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(cháng)徑比的前提下，成功實(shí)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(guò)程中納米棒晶的二次團聚問(wèn)題，實(shí)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(shū)。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)，凹凸棒石高值應用就水到渠成了。王愛(ài)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，并應用到市場(chǎng)中。
　　一直以來(lái)，各種霉菌毒素的危害困擾著(zhù)畜牧業(yè)發(fā)展，并且危害人體健康。王愛(ài)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(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)，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(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(chǎng)壟斷。
　　引進(jìn)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(ài)勤申請到了中國科學(xué)院科技服務(wù)網(wǎng)絡(luò )計劃（STS）區域中心“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”項目和江蘇省凹土材料產(chǎn)品檢測技術(shù)重點(diǎn)實(shí)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(huì )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 )新驅動(dòng)戰略引導下，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(ài)勤并沒(méi)有沉浸在“盱眙模式”的成功中，他心里一直有一個(gè)“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(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(ài)勤帶著(zhù)家鄉的情感說(shuō)“必須開(kāi)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(ài)勤開(kāi)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(shí)伴生多種其它礦物，難以開(kāi)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)的規模發(fā)展。如何讓紅色低品位凹凸棒石結構性“轉白”，成了王愛(ài)勤團隊想攻克的又一個(gè)難題。
　　“2008年開(kāi)啟凹凸棒石棒晶束解離研究的時(shí)候，我們就在關(guān)注甘肅凹凸棒石轉白問(wèn)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(guò)50%，伴生著(zhù)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(ài)勤團隊在突破濕法低品位凹凸棒石轉白的同時(shí)，還實(shí)現了伴生礦的同步轉化關(guān)鍵技術(shù)，這對甘肅這類(lèi)蘊藏低品位凹凸棒石的地方來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是重要的“福音”。2017年，王愛(ài)勤團隊的“低品位凹凸棒石關(guān)鍵共性技術(shù)研發(fā)及應用”獲得了甘肅省技術(shù)發(fā)明一等獎。
　　王愛(ài)勤說(shuō)，“凹凸棒石的奇妙之處，就在于它能因'石'而異，可研發(fā)出不同的應用產(chǎn)品”。在研究過(guò)程中，王愛(ài)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(shí)現了凹凸棒石的高值化利用，也解決了鈷藍顏料成本過(guò)高的問(wèn)題，進(jìn)一步拓展了凹凸棒石的應用領(lǐng)域。
　　不過(guò)，王愛(ài)勤并沒(méi)有止步于這些成績(jì)。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(ài)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(ài)勤9次前往臨澤，推動(dòng)了甘肅凹凸棒石創(chuàng )新產(chǎn)業(yè)園的建設，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(diǎn)凹凸棒石差異較大，二是當地的工業(yè)幾乎是零起步，三是很難引進(jìn)技術(shù)人才。對王愛(ài)勤來(lái)說(shuō)，打造“甘肅模式”的路還很長(cháng)。但是，王愛(ài)勤對此卻十分樂(lè )觀(guān)。他說(shuō)，要實(shí)現甘肅凹凸棒石產(chǎn)業(yè)化，必須腳踏實(shí)地，在引進(jìn)優(yōu)質(zhì)企業(yè)的基礎上，建設柔性智能中試生產(chǎn)線(xiàn)；通過(guò)中試生產(chǎn)線(xiàn)來(lái)打通研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的瓶頸，并最終實(shí)現高值化的產(chǎn)業(yè)化應用，同時(shí)形成甘肅凹凸棒石產(chǎn)業(yè)可復制的發(fā)展路徑。
　　“把論文寫(xiě)在祖國的大地上，把科技成果應用到市場(chǎng)的需求中。”這是王愛(ài)勤經(jīng)常掛在嘴邊的話(huà)。在他看來(lái)，科研工作不僅是發(fā)表論文、申請專(zhuān)利，更要解決實(shí)際問(wèn)題，實(shí)現科技成果轉化。這個(gè)過(guò)程注定是一個(gè)十分漫長(cháng)的過(guò)程，需要一步一個(gè)腳印走準、走穩。“臨澤就需要在這樣的一條路上慢慢做起來(lái)”，只有這樣，才能實(shí)現“凹凸棒石強縣”的愿望。
　　從2000年開(kāi)始，18年來(lái)，王愛(ài)勤跑遍了國內凹凸棒石礦，先后3次去美國交流訪(fǎng)問(wèn)。目前王愛(ài)勤是國際上發(fā)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(xué)家榜單;申請國家發(fā)明專(zhuān)利82件，其中獲授權45件；成功轉化4個(gè)產(chǎn)品；實(shí)現了基礎研究、應用研究與產(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“甘肅省黏土礦物應用研究重點(diǎn)實(shí)驗室”，正在建設“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(huì )在人民大會(huì )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(kāi)發(fā)與應用”獲2018年度國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎。王愛(ài)勤說(shuō)，這是對過(guò)去工作的肯定，但更是對未來(lái)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(ài)勤時(shí)，喜歡用“點(diǎn)石成金”描述他對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的貢獻。然而，王愛(ài)勤卻非常謙虛，他一再表示自己“沒(méi)有那么神奇”。在他眼里，凹凸棒石高值利用是他的夢(mèng)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(shí)現源于自然、用于自然、融于自然的應用理念……在他看來(lái)，他的研究和開(kāi)發(fā)，只是用他的化學(xué)背景和視角，將礦物轉化為功能材料，將實(shí)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(shí)現礦物到納米功能材料的背后，則是王愛(ài)勤及其團隊18年如一日的執著(zhù)探索與實(shí)踐。正是因為扎根凹凸棒石，堅持從基礎到應用，從研發(fā)到推廣，并始終以解決市場(chǎng)需求為目標導向，才會(huì )取得今天“點(diǎn)石成金”的夢(mèng)幻成效。
 
人物鏈接：
 
　　王愛(ài)勤，男，理學(xué)博士，研究員，博士生導師。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(fǎng)問(wèn)學(xué)者。甘肅省黏土礦物應用研究重點(diǎn)實(shí)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 )新戰略聯(lián)盟理事長(cháng)，江蘇省凹凸棒石產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng )新戰略聯(lián)盟理事長(cháng)，中國非金屬礦工業(yè)協(xié)會(huì )黏土礦物專(zhuān)業(yè)委員會(huì )副理事長(cháng)，中國非金屬礦工業(yè)協(xié)會(huì )專(zhuān)家委員會(huì )副主任，全國非金屬礦產(chǎn)品及制品標準化技術(shù)委員會(huì )凹凸棒石工作組技術(shù)委員會(huì )主任委員，中國硅酸鹽學(xué)會(huì )非金屬礦和礦物材料分會(huì )理事，中國土壤學(xué)會(huì )土壤修復專(zhuān)業(yè)委員會(huì )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(gè)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；在國內外刊物上發(fā)表論文500余篇，出版專(zhuān)著(zhù)6部；申請發(fā)明專(zhuān)利100余件，獲授權60余件；獲省部級成果獎15項。
 
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