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循環的核心參與者。在油氣資源領域，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系。在非金屬礦產資源領域，由于硅藻蛋白石具有獨特的多孔微-納米結構、強吸附性和耐熱耐酸性等性質，硅藻土是用途最為廣泛的非金屬礦之一。

近期，礦物學期刊American Mineralogist 刊發了中國科學院廣州地球化學研究所礦物表界面作用學科組袁鵬等關于硅藻蛋白石礦物微區成分和結構的研究論文。該文提出，將硅藻蛋白石視作“純”氧化硅礦物的認識應予以更新——其硅質體相結構總是存在鋁、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）處理結合高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）和譜學分析，解決了殼體微細、多孔、易碎、難處理的難題，進而通過HRTEM和精細譜學分析，系統研究了中國、美國、澳大利亞等地的多個代表性硅藻土礦樣的微區結構和成分，首次實現了對單個硅藻殼體的超微切片和微區分析。發現：（1）硅藻蛋白石內部硅質結構中含微量的鋁、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部近表面層中，鋁、鐵的含量比內部硅質結構中高數十到上千倍。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氧化物膜。

圖1 硅藻蛋白石內部和表面微結構和微區成分分析結果。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構。b和c：不同微區的鋁、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’）”結構的氧化硅礦物。該結構特點有效解釋了硅藻蛋白石的一些特殊表面性質。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可能也具有重要貢獻，在硅藻土的相關應用（例如用作載體）中必須充分考慮到該特殊性質。在硅藻土礦的選礦技術領域，振蕩擦洗結合沉降分選技術，曾被寄望于去除硅藻土中的微細粒雜質以獲得高純硅藻質多孔氧化硅，但并未成功。上述關于硅藻殼體表面薄膜的發現則提示——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合的薄膜，這為研發硅藻土精細提純技術提供了參考。

來源： 中國科學院