一箭双雕电影在线:硅藻土的应用与发展

硅藻土的应用与发展

苏嘉劲

华南师范大学化学与环境学院 环境科学专业02级（2）班，510631

摘要  利用硅藻土的微米级形体、天然纳米孔和主要成分为非晶质硅藻壳等特殊构造与性质，开发多用途的纳米材料、微孔材料、改性剂及合成白炭黑等，应用于污水处理、环保建材、无机分离膜、杀虫剂、橡胶补强等领域，取得了良好的效果，其应用前景十分可观。

关键词 硅藻土 微米形体 纳米孔 应用 进展

硅藻土是一种生物成因的硅质沉积岩，由古代硅藻遗体组成，其化学成分主要是 SiO₂，含有少量的 A_l2O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO、K₂O、Na₂O、P₂O₅ 和有机质。硅藻土的颜色为白色、灰白色、灰色和浅灰褐色等。硅藻土中的硅藻有许多不同的形状，如圆盘状、针状、筒状、羽状等。

1. 硅藻土的新用途

硅藻土细腻、松散、质轻、多孔、吸着力和渗透性强、颗粒细小。硅藻土的传统用途为如下几个方面：①作为保温材料，硅藻土用于锅炉、蒸馏器、热处理炉、干燥器的保温材料以及轻质保温板、保温砖、保温管等；②作为助滤剂，应用在啤酒、制药等行业中，是著名的啤酒助滤剂③作为功能性填料，加入添加颜料的薄膜中可以起到消光的作用；④硅藻土也是化学工业催化剂载体，在制造硫酸中作钒催化剂，精炼石油中能加强石油的氢化作用；⑤是建筑材料中的优选轻质材料，又是防水防渗的原料之一。⑥高纯的硅藻土细粉加到银抛光粉中，可作汽车的抛光剂等。

随着科技的发展和人们对硅藻土从宏观到微观认识的逐渐深入，发现硅藻土壳壁上点纹、线纹和助纹都是整齐排列的小孔，线纹小孔的直径在 20～100nm，壳缝为 125nm 左右。这样，硅藻土作为天然的有机孔材料受到了科技工作者的重视，以硅藻土为原料，在此基础上尝试开发其它的纳米材料方兴未艾。另一方面，硅藻土壳壁主要由非晶质二氧化硅（SiO2）组成，以硅藻土为原料，还可以合成橡胶行业的重要补强剂——白炭黑。硅藻土同其它非金属矿物一样，也可以进行有机或无机改性，使其制品性能更加优良。近来，硅藻土在农业方面的应用也大有进展或者用于种子存贮，或者用于牲畜饲养，除虫杀虫，效果都颇明显。

2. 微孔材料

硅藻土的形体尺寸一般为几个微米到几十微米，最小只有 1μm，而其线纹小孔和壳缝均在纳米范畴，是天然的纳米材料。利用其天然的微孔及纳米缝隙的特性，硅藻土被更多地用于制造微孔材料。

2.1 多孔道纳米沸石  在硅藻土的沸石化制备多级孔道结构沸石材料的方法（专利号：CN01126842）中，用层叠层和气固相转晶技术沸石化硅藻土制备多级孔道结构。将纳米沸石作为吸附沉积液，硅藻土作为基质，在静电引力作用下用层叠层方法将纳米沸石组装到硅藻土上可以在不破坏硅藻土形貌结构的条件下将无定形的二氧化硅转化为沸石，所制得的产品由纳米沸石构成并且具有丰富的大孔，因此，能够提供很快的孔内扩散和高的活性位利用率，可用在制备催化剂、分离材料中，是有广泛应用前景的复合沸石材料。

2.2 微孔玻璃  微孔玻璃是最近发展起来的功能性材料，微孔玻璃在生物、化工、医药工业中可用作载体、分离材料。根据制法的不同，具有特殊的用途制造这种微孔玻璃最常使用的添加剂就是硅藻土，其原理也是利用了硅藻土纳米孔的特性。用硅藻土为主要原料引进 SiO2及少量 Al2O3，并往其中添加其它一些原料配制 Na2O-CaO-Al2O3-SiO2 玻 璃 或CaO-Al2O3-B2O3-SiO2 料，先作水热处理，然后熔制成玻璃。熔制温度比用普通原料低、熔制时间也较短。将制得的玻璃按常法作分相热处理及酸浸析出即可得到孔径从微米至纳米级的微孔 玻璃。孔径大小、孔隙率由原始玻璃组成及分相热处理条件来调节。此项研究已获专利权，并推 广生产。

2.3  环保陶瓷   进入 21 世纪后，人们越来越重视环保。这种环保意识不仅体现在所处的自然环境方面，对自己生活的居室也是如此。目前，居室环境并不是安全的。室内被甲醛、氨气充斥已是司空见惯，由此导致人们身心受到伤害也时有发生。尽量减少居室污染，创造一个绿色安全的居室环境成为人们追求的目标。为了适应人们的需求，环保建材应运而生。硅藻土由于其特殊的构造，使之成为环保建材的优良选材。用硅藻土制成的建筑材料具有超纤维,多孔特性 ,在湿度大的时候可以吸附空气中的水分,储存起来.当空气中的水分减少时,硅藻土壁材就能够将储存在超微细孔中的水分释放出来.其次,硅藻土还具有消毒功能,在冰箱中使用,既能去除异味,同时能有效杀灭大肠杆菌等有害细菌.

2.4 污水处理剂   目前使用的聚合氯化铝是一种高效污染废水净化处理剂，但是生产聚合氯化铝却要带来环境污染。我国现有近百余家聚合氯化铝生产厂家，大多为粗放型小规模的乡镇企业。工艺技术落后、高能耗、重污染、低品位是目前我国聚合氯化铝生产存在的普遍而突出的问题。而王庆中的发明专利技术却不存在这方面的问题，且原料来源广，净化效果也非常好，价格低廉。该技术用提取的高纯纳米微孔硅藻土作为处理污水的材料，与其相配套的处理工艺技术，在硅藻土精选过程中，把与硅藻共生的杂质分离除去，使硅藻表面本已平衡的电位形成不平衡电位，在水处理时，硅藻精土处理剂被微量加入污水中后，在高速搅拌，或抽吸污水的泵机叶片旋转下，瞬间散于水体之中，硅藻表面的不平衡电位能中和悬浮离子的带电性，凝集成较大的絮花，借重力沉淀至底部，加上硅藻巨大的表面积，巨大的孔体积和较强的吸附力，把细微和超细微物质吸附到硅藻表面，形成链式结构。当沉渣被排放在孔径0.074mm（200目）筛网上时，沉渣被吸附着留在筛上而水质透过硅藻被过滤到筛网之下，排出的水质清净，而沉渣保持在含水 58％～62％之间，成饼状装袋取走，从而达到污水处理为清水的目的。1996 年以来，不断被专家所认可，市场所接受，业内人士喻之为“国内首创，国际领先”。利用该工艺技术，处理后的水清澈透明，各项指标均达到国家污水排放标准的要求，对污水中的磷、锌、铬、铜等离子去除率高达99.9%。城市污水吨处理运行费用（药剂费、人工费、电费）小于0.266元人民币；日处理10 000m3 城市污水的处理厂主体工程占地面积仅为 320m2，绿化道路面积为45%时，总占地面积0.067hm2（1亩）；机械设备、全自动化控制、全套检测在线测试；适用于城市、小区生活、餐饮、医院、电镀、造纸、印染、啤酒、生物、化工、橡胶、垃圾渗透液等污水处理项目，而且无二次污染，硅藻土再生后可循环使用。

2.4 杀虫剂

    以硅藻土为主要原料，配入其它辅料生产杀虫剂。硅藻土的杀虫机理有两种途径：一是以刺杀作用为主。将硅藻土粉碎，适当雾化后可成为能刺杀害虫的针状颗粒，再掺入糖、玉米淀粉、糊精、蔗糖蜜、大豆粉等作为引诱成分即可。这种硅藻土杀虫剂能很快引来害虫，随后其针状颗粒刺破害虫体表，害虫愈挣扎刺得愈深，结果导致死亡，其代表性配方为硅藻土 66%、玉米淀粉1.5%、糊精 1.5%、大豆粉 3%、蔗糖蜜 28%等构成。二是吸收消耗害虫体液。这种硅藻土杀虫剂具备较强的吸着性，极易粘附于害虫体表。刺破进入害虫体内，使其水分丧失而死亡。例如，将46g 硅藻土、75mL 密度为 1.383g/mL 的硅酸钠溶液、25mL 30%的氟硅酸水溶液，与 1500mL水混合，拌匀，再静置、凝固 30min。凝固结束时添加 125mL 浓度为 10%的氨水。经 30min 后洗涤、过滤、干燥、粉磨、过孔径 0.043mm（325

目）筛，筛下物便可用来杀虫.由硅藻土制取的新型杀虫剂，可杀灭飞蛾虫、杂拟谷盗、蚜虫、甲虫、跳蚤、虱子、臭虫蚊子、苍蝇等多种害虫，用于防治农作物虫害粮食和种子的贮藏，去除禽畜体表寄生虫等面，效果十分显著。

3 结语

    由于硅藻土的特殊微孔构造，有别于大多数的非金属矿物，其资源量丰富，开采成本合理，因而在纳米技术日趋成熟的前提下，在工业、农业及民用领域会占有更大的份额，是绝大多数非金属矿物无法替代的。   

    我国硅藻土从品种和产品质量上均不能满足市场要求，在许多领域没有得到充分应用。因此，根据我国硅藻土的特点，借鉴国外的先进技术，提高硅藻土品质，开发硅藻土的新用途将给硅藻土行业带来新的机遇。在化工领域，以硅藻土为原料或基材合成组装新型多孔材料，开发新型催化剂，是提高产率和分离效果的必要手段，还需进一步加强和探索。由纳米、亚微米、微米、毫米孔径组成的多孔玻璃材料，在医疗分析、生物工程、石油化工、建筑、军工等部门应用前景良好。随着生活水平的提高，人们越来越关心居室环境，在这一方面硅藻土更是大有可为。从国外的发展情况来看，利用硅藻土生产的新型瓷砖、陶瓷、涂料、吸附材料及轻型建材日新月异而我国还处于起步阶段，其潜在市场是十分巨大的。在环境污染治理方面，硅藻土成膜应用技术近年来也受到了广泛关注，多种硅藻土分离膜相继开发，硅藻土净化处理技术也日趋完善，现在重要的是将其积极应用在环保中。在农业方面我国在国家“十五”粮食行业科技发展规划中明确提出了利用硅藻土防治储粮虫害技术应用的开发。如果在农业上普遍推广，不仅节约大量粮食，也为我国水土保持、生态恢复和改良起到不可小视的作用。相信在不久的将来，我国的硅藻土应用领域将越加宽广，发展前景必将更加广阔。

参考文献

1 朱训，主编. 中国矿情（第 3 卷 非金属矿产）[M]. 北京:科学出版社，1999

2黄熙怀. 硅藻土是一种天然的纳米干凝胶粉体，值得很好利用[EB/OL]. www.cas.cn/html/Dir/2002/06/18/789  2002-06-18

3 张莉霞. 日本人装修爱用硅藻土分解细菌调节湿度[EB/OL]. http://news.sina.com.cn/c/2004-07-08/  15493648100.shtm，2004-07-08

4新型硅藻土陶瓷面世具有吸油功能的厨房用瓷砖[EB/OL]. http://www.ehomeday.com/news/2004-11/2004112  30458. htm，2004-11-26

5 王庆中. 纳米微孔硅藻精土水处理技术[EB/OL]. http://www.qzhb.cn/ViewInfo.asp?id=7 ，2004-06-24

6 孙玉春. 硅藻土改性沥青路面应用新技术取得突破[EB/OL]. http://www.pladaily.com.cn/gupladaily/2001/  02/23/20010223001198-IT.html，2001-02-23

7 高秀香. 银改性硅藻土材料捕集烯烃的研究[J]. 分析化学，2003，31（8）

8 崔天顺，吴宏海，王虹. 硅藻土合成白炭黑工艺研究[J]. 非金属矿，2004，27（6）：34～36

9赵华文, 等. 酸处理硅藻士制备活性白炭黑[EB/OL].http://ccup.ustc.edu.cn/refer/final7/final7_chongqing.htm

10 硅藻土作为杀虫剂的应用[EB/OL].http://www.haagri.gov.cn/asp/showdetail.asp?id=31703，2004-06-07

11 硅藻土应用在种子储藏上[EB/OL].http://bbs.agronet.com.cn/ShowForum.aspx?ForumID=87，2005-01-13

12 章少华，李常有. 若干非金属矿产资源可供性分析[J]. 中国非金属矿工业导刊，2003，（2）

13 中国非金属矿工业导刊，编. 1997 年美国硅藻土产销略有增长[J]. 中国非金属矿工业导刊， 1999，（2）