作為海洋中最“成功”的浮游光合生物之一，硅藻是全球碳、硅等元素的生物地球化學(xué)循環(huán)的核心參與者。在油氣資源領(lǐng)域，富含硅藻遺骸的湖相或海相沉積物通過成巖作用形成富含微孔隙的沉積巖，與油氣成藏過程往往具有密切關(guān)系。在非金屬礦產(chǎn)資源領(lǐng)域，由于硅藻蛋白石具有獨特的多孔微-納米結(jié)構(gòu)、強吸附性和耐熱耐酸性等性質(zhì)，硅藻土是用途最為廣泛的非金屬礦之一。

近期，礦物學(xué)期刊American Mineralogist 刊發(fā)了中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所礦物表界面作用學(xué)科組袁鵬等關(guān)于硅藻蛋白石礦物微區(qū)成分和結(jié)構(gòu)的研究論文。該文提出，將硅藻蛋白石視作“純”氧化硅礦物的認識應(yīng)予以更新——其硅質(zhì)體相結(jié)構(gòu)總是存在鋁、鐵、鎂、鈣等元素，殼體表面則覆有一層富鋁鐵、厚度為幾十納米的氧化物薄膜。

該研究采用聚焦離子束（FIB）處理結(jié)合高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）和譜學(xué)分析，解決了殼體微細、多孔、易碎、難處理的難題，進而通過HRTEM和精細譜學(xué)分析，系統(tǒng)研究了中國、美國、澳大利亞等地的多個代表性硅藻土礦樣的微區(qū)結(jié)構(gòu)和成分，首次實現(xiàn)了對單個硅藻殼體的超微切片和微區(qū)分析。發(fā)現(xiàn)：（1）硅藻蛋白石內(nèi)部硅質(zhì)結(jié)構(gòu)中含微量的鋁、鐵、鎂、鈣、鋅和鉀等元素，鋁和鐵的含量高于其它元素。（2）硅藻蛋白石的表面層和內(nèi)部近表面層中，鋁、鐵的含量比內(nèi)部硅質(zhì)結(jié)構(gòu)中高數(shù)十到上千倍。上述元素在表面層中分布均勻，且并非源自硅藻蛋白石的共生粘土礦物；即，硅藻蛋白石表面天然覆有一層非硅質(zhì)氧化物膜。

圖1 硅藻蛋白石內(nèi)部和表面微結(jié)構(gòu)和微區(qū)成分分析結(jié)果。a：直鏈藻屬硅藻殼體（樣品來自澳大利亞昆士蘭州Mount Sylvia硅藻土礦）的FIB超微切片的微形貌和結(jié)構(gòu)。b和c：不同微區(qū)的鋁、鐵和硅元素的分布，其清晰顯示了殼體表面的富鋁鐵氧化物薄膜

首先，硅藻蛋白石不應(yīng)被視作純相無定形氧化硅礦物，其實際上是具有“核-殼（氧化硅的‘核’和富鋁鐵的薄‘殼’）”結(jié)構(gòu)的氧化硅礦物。該結(jié)構(gòu)特點有效解釋了硅藻蛋白石的一些特殊表面性質(zhì)。而該研究進一步指出，硅藻蛋白石的表面薄膜對其固體酸性等性質(zhì)可能也具有重要貢獻，在硅藻土的相關(guān)應(yīng)用（例如用作載體）中必須充分考慮到該特殊性質(zhì)。在硅藻土礦的選礦技術(shù)領(lǐng)域，振蕩擦洗結(jié)合沉降分選技術(shù)，曾被寄望于去除硅藻土中的微細粒雜質(zhì)以獲得高純硅藻質(zhì)多孔氧化硅，但并未成功。上述關(guān)于硅藻殼體表面薄膜的發(fā)現(xiàn)則提示——振蕩擦洗和沉降分選等方法很難去除與硅藻殼體體相緊密結(jié)合的薄膜，這為研發(fā)硅藻土精細提純技術(shù)提供了參考。

來源： 中國科學(xué)院