日前，中科院生態(tài)環(huán)境高分子材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（隸屬于中科院長春應(yīng)用化學(xué)研究所）水資源材料課題組在硅藻土高值化應(yīng)用方面獲新進(jìn)展，并通過吉林省科技廳組織的項(xiàng)目驗(yàn)收，相關(guān)的研究?jī)?nèi)容已申報(bào)國家發(fā)明專利6項(xiàng)，其中3項(xiàng)獲得授權(quán)。

王丕新研究員做成果報(bào)告

硅藻土是由單細(xì)胞水生植物硅藻的遺骸沉積所形成，這種硅藻的獨(dú)特性在于能吸收水中的游離硅形成其骨骸，當(dāng)其生命結(jié)束后沉積，在一定的地質(zhì)條件下形成硅藻土礦床。

長春應(yīng)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(shì)，著眼于硅藻土高值化應(yīng)用研究領(lǐng)域。課題組研究的硅藻土已經(jīng)應(yīng)用于復(fù)合型水處理高分絮凝材料、農(nóng)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。

涂料

課題組負(fù)責(zé)人王丕新介紹道，硅藻土具有孔隙度大、吸收性強(qiáng)、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)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(rèn)為是一種具有良好性價(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介紹：“目前硅藻土被廣泛應(yīng)用于乳膠漆、醇酸樹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(nèi)墻硅藻土凈味抗甲醛面涂。

過濾

此外，在工業(yè)過濾中過濾介質(zhì)有硅藻土、珍珠巖、纖維素、濾棉、石棉纖維、細(xì)粒的硅膠、活性炭等，但以硅藻土的使用最為廣泛，約占過濾介質(zhì)總使用量的75％。王丕新指出：“由于硅藻土助濾劑具有獨(dú)特的物理結(jié)構(gòu)、可變的粒度范圍以及穩(wěn)定的化學(xué)性能，故可大大提高過濾效率，改善澄清度，從而降低生產(chǎn)成本，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)率，因而更適合于多品種的飲料工業(yè)過濾。”

當(dāng)前，以硅藻土助濾劑作為飲料的過濾介質(zhì)，主要應(yīng)用于啤酒、葡萄酒、酒精、各種碳酸飲料、果汁、果酒、汽酒的過濾。如今在國內(nèi)外各大啤酒飲料生產(chǎn)廠家的制造工藝中，硅藻土過濾幾乎是必須的工藝環(huán)節(jié)之一。

絮凝材料

硅藻土由于自身多孔、強(qiáng)吸收、輕質(zhì)等特點(diǎn)，在水溶性高分子領(lǐng)域應(yīng)用較多。課題組成功研制系列高效耐鹽性硅藻土復(fù)合絮凝材料。“傳統(tǒng)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機(jī)相，制備了高性能復(fù)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(gòu)型，從而可以降低絮凝材料在使用過程中的用量，提升絮凝效率和效果。

該復(fù)合絮凝材料一方面可以綜合無機(jī)相和有機(jī)高分子相的兩方面優(yōu)勢(shì)；另一方面可以顯著降低高分子絮凝材料的成本，由于無機(jī)硅藻土的加入，復(fù)合絮凝材料成本較同類產(chǎn)品可大幅降低30%左右。徐昆介紹，“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(duì)高鹽、高礦化度等復(fù)雜污水體系（如造紙工業(yè)廢水、油田作業(yè)廢水等）表現(xiàn)出良好的適應(yīng)性。”

目前，長春應(yīng)用化學(xué)研究所已同威海金鈺環(huán)保有限公司合作開展水處理用復(fù)合絮凝材料及水溶性高分子材料的設(shè)計(jì)開發(fā)工作；同中石油大慶油田、新疆油田及中科油服技術(shù)有限公司等合作開展水處理用復(fù)合絮凝材料的應(yīng)用研究工作。

緩釋化肥及表面活性材料

除了前面提及的復(fù)合絮凝材料，王丕新課題組利用硅藻土多孔、農(nóng)業(yè)安全等特點(diǎn)，開發(fā)了高硅藻土含量的復(fù)合型緩釋化肥材料，體系內(nèi)硅藻土含量高達(dá)80%～90%，可以顯著提升化肥的控釋效果，實(shí)現(xiàn)尿素、復(fù)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(jī)理，通過引入硅藻土（改性硅藻土）同傳統(tǒng)表面活性劑構(gòu)成復(fù)合穩(wěn)定體系，成功實(shí)現(xiàn)了高分子量水溶性高分子的W/O型乳液聚合。通過此研究，硅藻土可實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)表面活性劑的大幅替代，替代量高達(dá)30%～40%，顯著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(tǒng)方法制備的產(chǎn)品可提升10%～20%，具有明顯技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

助濾劑仍存科技環(huán)保隱患

硅藻土有較為廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。如前面所提到的涂料、建筑材料、水處理過濾材料、食品過濾介質(zhì)料等。其中，助濾劑是占比重較大的應(yīng)用領(lǐng)域，也是硅藻土應(yīng)用附加值較高的應(yīng)用領(lǐng)域。

近年來，光伏產(chǎn)業(yè)及計(jì)算機(jī)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(xiàng)新應(yīng)用領(lǐng)域。王丕新也發(fā)現(xiàn)，這些應(yīng)用領(lǐng)域要求硅源具有較高的純度，同時(shí)加工制造工藝過程復(fù)雜、污染嚴(yán)重，因此在一定程度上也對(duì)硅藻土行業(yè)健康快速發(fā)展帶來一定制約。

他還指出，目前硅藻土資源利用多依賴于助濾劑及晶體硅片的生產(chǎn)加工，產(chǎn)品單一、污染嚴(yán)重，科技及經(jīng)濟(jì)附加值低。如何提高硅藻土產(chǎn)品科技與經(jīng)濟(jì)附加值是整個(gè)行業(yè)急需解決的核心技術(shù)問題。

粉體圈·啟東

參考來源：中國科學(xué)報(bào)