硅藻土理化特性及改性研究

吳相川，任雪云

(黃淮學院化學化工系，河南 駐馬店 46300)

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硅藻土理化特性及改性研究

吳相川，任雪云

(黃淮學院化學化工系，河南 駐馬店 46300)

摘要：硅藻土具有獨特的微孔結構，且多孔、密度小、比表面積大，吸附能力強，化學性質穩定，并且中國硅藻土礦儲量豐富，但是硅藻土原礦雜質較多，且硅藻土存在理化構造缺陷，這些因素限制了硅藻土吸附性能的發揮，為了消除這些不利因素，硅藻土需要實施改性。本文就硅藻土理化特性及其改性研究現狀進行了綜述，并提出最大限度發揮或挖掘其天然稟賦的材料或制品是硅藻土加工利用的一個主要趨勢和方向。

關鍵詞：硅藻土；改性；吸附;應用

1硅藻土理化特性研究現狀

硅藻土是生物成因的硅質沉積巖，因其質輕、多孔且孔隙呈有規律分布、孔徑介于十幾納米至數百納米，被人們發現后逐步開發并廣泛應用于食品、醫藥、環保、節能以及生態建材、催化劑與農藥載體、瀝青改性劑、復合材料等領域，是一種與現代食品安全、生物制藥、健康環保、節能等相關的重要礦產資源與功能礦物材料。

1.1化學特性

硅藻土礦物成分與天然的二氧化硅膠凝體蛋白石不同，為非晶質態的蛋白石，是一種有機成因的特殊礦物。硅藻土的化學成分主要為無定性的SiO2，以外還含有少量的Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、TiO2、Na2O等[1]。

硅藻土主要化學成分為SiO2，具有較的化學穩定性和熱穩定性，不溶于除氫氟酸外的任何強酸，但在強堿環境下不能穩定存在。硅藻土所含的SiO2以非晶型為主，當硅藻土被加熱到800～1000℃時，所含SiO2就會由非晶型向晶型轉變，在堿性環境下，可溶性硅酸所占的比例就會下降。從硅藻土的化學結構可知，硅藻土呈弱酸性，是一種固體酸。硅藻土表面的多孔性與負電性使其呈現明顯表面吸附性。硅藻土表面還存在有大量的硅羥基及氫鍵，這些硅羥基及氫鍵同時存在于硅藻土眾多的微孔之中，這些也是硅藻土具備吸附性能的重要原因[2]。

硅藻土的吸附性能與其表面及微孔所攜帶的羥基數量密切相關，其吸附性能會隨著羥基數量的增多而提升，在一定溫度下，這些羥基會發生轉化，而這些轉化對硅藻土的吸附性能會產生重要影響。硅藻土還攜帶具有一定活性的羥基還可以使得硅藻土表面接枝或結合一些官能團，可導致硅藻土的吸附性能發生改變，故而可通過化學改性使硅藻土提高吸附性能。部分羥基由于水解作用而失去氫離子，使得硅藻土表面在液/固體系中呈現一定的負電性，pH值也能影響硅藻土表面負電性，還有研究表明，接枝官能團可改變硅藻土表面等電點[3]。

1.2物理特性

由于天然硅藻土中往往含有鐵氧化物或者有機質等雜質，天然硅藻土會呈現灰、白、黃、綠甚至黑色，而經過提純的硅藻土多為白色。硅藻土因成巖之前硅藻的形態不同而呈現出相異的微觀形貌，一般呈現圓篩狀、帶狀和圓柱狀，大部分硅藻土具有大量微孔、質地較輕、容易破碎，但其硅藻骨骼微粒的硬度很大。

2硅藻土改性的部分應用

目前國內外研究人員主要采用常規物理法或化學法對硅藻土進行了改性研究。外研究人員主要采用常規物理法或化學法對硅藻土進行了改性研究。

2.1常規改性

擦洗法：在不破壞硅藻殼的前提下，對硅藻土進行研磨，打細原料顆粒，以剝離固結在硅藻殼上的粘土等礦物雜質，提高SiO2含量，改善硅藻土顆粒表面性質，進而提高硅藻土的吸附能力。

焙燒法：高溫煅燒可顯著提高硅藻土SiO2含量，增大孔徑，增加表面酸強度。對燒失量較高類型的硅藻土來說，焙燒處理對于硅藻土吸附性能的改善十分有效。

微波法：適當的微波處理可以除去硅藻土中部分雜質和水分，增加孔隙，增大比表面積，提高吸附效果。

酸改性：酸改性主要是通過強酸的蝕刻作用去除硅藻土顆粒表面的雜質，提高硅藻土的純度，同時降低其密度，增大其孔容與比表面積，明顯改善硅藻土孔隙結構，進而提高其吸附性能。

2.2無機改性

硅藻土無機改性主要是通過加入無機大分子改性劑，使其均勻分散于硅藻土孔道間，形成柱層狀締合結構，疏通或拓展硅藻土孔道，并在締合顆粒之間形成較大的空間，以容納更多的吸附質，最終達到提高硅藻土吸附能力的目的。

2.3有機改性

硅藻土有機改性主要是指在硅藻土表面接枝功能性大分子，對其表面實施改性處理，以達到提高硅藻土吸附能力的目的。

3存在問題及展望

中國是目前世界上位居第二的硅藻土資源儲量國和硅藻土產品生產國，但是，優質資源很少；采用先進選礦技術綜合利用占絕大多數的低品位硅藻土資源是中國硅藻土產業可持續發展的必然需要，具有戰略意義。充分利用硅藻土的天然特性，最大限度發揮或挖掘其天然稟賦的材料或制品是硅藻土加工利用的一個主要趨勢和方向。

采用現代高新技術提升或優化硅藻礦物材料的天然稟賦或功能，發展具有光催化降解功能的高性能環保材料、具有相變儲能與調溫功能的節能材料是硅藻土復合功能材料的重要趨勢和方向，將顯著提升硅藻土的應用價值和應用范圍[4]。

參考文獻：

[1]楊宇翔,陸榮三,戴安邦.國產硅藻土結構的研究[J].化學學報,1996,54:57-64.

[2]許樹成.硅藻土開發應用與特性研究[J].阜陽師范學院學報:自然科學版,2009,17(3):29-31.

[3]劉潔,趙東風.硅藻土的研究現狀及進展[J].環境科學與管理,2009,34(5):104-106.

[4]朱健,王平,雷明婧,張偉麗.硅藻土理化特性及改性研究進展[J].中南林業科技大學學報,2012,v.32;No.13812:61-66.

作者簡介：吳相川(1994-),男，河南濮陽人，在校大學生。

中圖分類號：X75

文獻標志碼：A

文章編號：1671-1602(2016)14-0034-01