今年2月26日的江蘇省科學技術評比中，蘭州化物所和常州大學等單位共同完成的“凹凸棒石高值利用關鍵技術創新及其產業化應用”獲得2015年度一等獎，化物所研究員王愛勤課題組在凹凸棒石棒晶束“拆”與“裝”研究方面取得系列進展。

中科院蘭州化物所是國內對凹凸棒石研究較早的單位，其研究員王愛勤是目前國內外發表凹凸棒石SCI論文最多的作者，且于2014、2015連續2年入選愛思唯爾中國高被引學者化學工程類榜單。早在2011年9月，蘭州化物所完成的“凹凸棒石棒晶束解離關鍵技術及其應用研究”就通過了科技成果鑒定。

凹凸棒石黏土是一種以凹凸棒石為主要成分的含水富鎂鋁硅酸鹽黏土礦物。由于其獨特的棒狀晶體形貌和孔道結構，已在許多方面得到廣泛應用。凹凸棒石棒晶長約1-5μm，直徑約20-70nm，是一種天然的一維納米材料，但其較強的氫鍵和靜電作用力，使得天然凹凸棒石棒晶大多以鳥巢狀或柴垛狀聚集，成為制約凹凸棒石黏土產業發展的關鍵瓶頸。

多年來，研究者采用高速攪拌、超聲、對輥、碾磨和冷凍等傳統處理方式對凹凸棒石棒晶束進行了解離研究，但傳統方法只能部分解離棒晶束，而且會損傷凹凸棒石晶體固有的長徑比，影響了凹凸棒石納米性能的應用。

化物所研究員王愛琴

鑒于此，在各種處理工藝對凹凸棒石微觀結構影響和棒晶損傷研究積累基礎上，王愛勤課題組發展了對輥處理-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，同時還解決了干燥過程中納米棒晶的二次團聚問題。

凹凸棒石棒晶束解離后，充分凸顯出一維納米材料在支撐和增韌補強等方面的應用優勢。在凹凸棒石棒晶束解離基礎上，該課題組開展了不同類型改性劑對凹凸棒石表面功能化改性研究，建立了高壓均質和改性劑協同作用提高改性效率的新方法，實現了應用導向的凹凸棒石表面性質調控和功能化設計。

凹凸棒石磁性納米復合物對貴金屬吸附及其催化應用示意圖

在凹凸棒石棒晶表面負載四氧化三鐵納米粒子，采用層層自組裝或表面改性方法，制備出了磁性凹凸棒石納米復合材料，實現了對貴金屬的高效吸附分離及其在催化領域的應用；通過常溫一鍋法制備了凹凸棒石/聚苯胺/銀納米粒子三元納米復合材料，該制備方法有效結合了銀納米粒子的催化特性和聚苯胺的陰離子吸附特性，既可以有效催化降解對硝基苯酚和剛果紅染料，還可以有效去除水體中的磷酸二氫根離子。

超疏熱液體表面

超疏水/超疏油表面在自清潔、流體輸送和防油污染等領域有廣泛應用前景。研究表明，纖維或棒晶狀納米材料可提高表面的超疏水/超疏油性能。在前期有機硅烷聚合物納米纖維的工作基礎上，該課題組將有機硅烷與凹凸棒石相結合，在各種材料表面構筑了性能優異的超疏水表面。目前，超雙疏表面普遍存在低表面能有機液體（表面能≤25 mN/m）易粘附、穩定性差、尤其是熱液體極易粘附等問題。為此，該課題組通過全氟烷基硅烷與凹凸棒石的反應，在多種基底材料上構建了穩定自修復低滾動角超疏熱液體表面；制備了全氟烷基硅烷/凹凸棒石磁性納米復合材料，構建了超雙疏表面和磁控低表面能液體彈珠。

棒晶束解離的凹凸棒石在納米復合材料中的應用

凹凸棒石在納米復合材料中還可以起到類似于混凝土中的“鋼筋”作用。采用功能化的凹凸棒石作為交聯劑，該課題組制備了凹凸棒石/聚丙烯酸納米復合物水凝膠，實現了對鉛離子的選擇性吸附和多次重復使用；發展了室溫條件下一步法制備粒狀三維網絡納米復合水凝膠的新方法，實現了對陽離子染料的選擇性吸附。

此外，他們還開展了凹凸棒石在納米復合膜中的補強應用研究，在有機高分子薄膜中添加1-3%的凹凸棒石，就可顯著提升復合膜的拉伸斷裂強度，為凹凸棒石“味精式”應用奠定了基礎。

粉體圈·啟東

參考來源：蘭州化學物理研究所