硅藻土理化特性及改性研究

吳相川，任雪云

(黃淮學(xué)院化學(xué)化工系，河南 駐馬店 46300)

?

硅藻土理化特性及改性研究

吳相川，任雪云

(黃淮學(xué)院化學(xué)化工系，河南 駐馬店 46300)

摘要：硅藻土具有獨(dú)特的微孔結(jié)構(gòu)，且多孔、密度小、比表面積大，吸附能力強(qiáng)，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，并且中國硅藻土礦儲量豐富，但是硅藻土原礦雜質(zhì)較多，且硅藻土存在理化構(gòu)造缺陷，這些因素限制了硅藻土吸附性能的發(fā)揮，為了消除這些不利因素，硅藻土需要實(shí)施改性。本文就硅藻土理化特性及其改性研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，并提出最大限度發(fā)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(guān)鍵詞：硅藻土；改性；吸附;應(yīng)用

1硅藻土理化特性研究現(xiàn)狀

硅藻土是生物成因的硅質(zhì)沉積巖，因其質(zhì)輕、多孔且孔隙呈有規(guī)律分布、孔徑介于十幾納米至數(shù)百納米，被人們發(fā)現(xiàn)后逐步開發(fā)并廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、環(huán)保、節(jié)能以及生態(tài)建材、催化劑與農(nóng)藥載體、瀝青改性劑、復(fù)合材料等領(lǐng)域，是一種與現(xiàn)代食品安全、生物制藥、健康環(huán)保、節(jié)能等相關(guān)的重要礦產(chǎn)資源與功能礦物材料。

1.1化學(xué)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(zhì)態(tài)的蛋白石，是一種有機(jī)成因的特殊礦物。硅藻土的化學(xué)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(xué)成分為SiO2，具有較的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，不溶于除氫氟酸外的任何強(qiáng)酸，但在強(qiáng)堿環(huán)境下不能穩(wěn)定存在。硅藻土所含的SiO2以非晶型為主，當(dāng)硅藻土被加熱到800～1000℃時，所含SiO2就會由非晶型向晶型轉(zhuǎn)變，在堿性環(huán)境下，可溶性硅酸所占的比例就會下降。從硅藻土的化學(xué)結(jié)構(gòu)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(fù)電性使其呈現(xiàn)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(shù)量密切相關(guān)，其吸附性能會隨著羥基數(shù)量的增多而提升，在一定溫度下，這些羥基會發(fā)生轉(zhuǎn)化，而這些轉(zhuǎn)化對硅藻土的吸附性能會產(chǎn)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(jié)合一些官能團(tuán)，可導(dǎo)致硅藻土的吸附性能發(fā)生改變，故而可通過化學(xué)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(xiàn)一定的負(fù)電性，pH值也能影響硅藻土表面負(fù)電性，還有研究表明，接枝官能團(tuán)可改變硅藻土表面等電點(diǎn)[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(jī)質(zhì)等雜質(zhì)，天然硅藻土?xí)尸F(xiàn)灰、白、黃、綠甚至黑色，而經(jīng)過提純的硅藻土多為白色。硅藻土因成巖之前硅藻的形態(tài)不同而呈現(xiàn)出相異的微觀形貌，一般呈現(xiàn)圓篩狀、帶狀和圓柱狀，大部分硅藻土具有大量微孔、質(zhì)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(yīng)用

目前國內(nèi)外研究人員主要采用常規(guī)物理法或化學(xué)法對硅藻土進(jìn)行了改性研究。外研究人員主要采用常規(guī)物理法或化學(xué)法對硅藻土進(jìn)行了改性研究。

2.1常規(guī)改性

擦洗法：在不破壞硅藻殼的前提下，對硅藻土進(jìn)行研磨，打細(xì)原料顆粒，以剝離固結(jié)在硅藻殼上的粘土等礦物雜質(zhì)，提高SiO2含量，改善硅藻土顆粒表面性質(zhì)，進(jìn)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(qiáng)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(dāng)?shù)奈⒉ㄌ幚砜梢猿ス柙逋林胁糠蛛s質(zhì)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(qiáng)酸的蝕刻作用去除硅藻土顆粒表面的雜質(zhì)，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(jié)構(gòu)，進(jìn)而提高其吸附性能。

2.2無機(jī)改性

硅藻土無機(jī)改性主要是通過加入無機(jī)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(jié)構(gòu)，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(zhì)，最終達(dá)到提高硅藻土吸附能力的目的。

2.3有機(jī)改性

硅藻土有機(jī)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(shí)施改性處理，以達(dá)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(chǎn)品生產(chǎn)國，但是，優(yōu)質(zhì)資源很少；采用先進(jìn)選礦技術(shù)綜合利用占絕大多數(shù)的低品位硅藻土資源是中國硅藻土產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然需要，具有戰(zhàn)略意義。充分利用硅藻土的天然特性，最大限度發(fā)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(xiàn)代高新技術(shù)提升或優(yōu)化硅藻礦物材料的天然稟賦或功能，發(fā)展具有光催化降解功能的高性能環(huán)保材料、具有相變儲能與調(diào)溫功能的節(jié)能材料是硅藻土復(fù)合功能材料的重要趨勢和方向，將顯著提升硅藻土的應(yīng)用價值和應(yīng)用范圍[4]。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊宇翔,陸榮三,戴安邦.國產(chǎn)硅藻土結(jié)構(gòu)的研究[J].化學(xué)學(xué)報,1996,54:57-64.

[2]許樹成.硅藻土開發(fā)應(yīng)用與特性研究[J].阜陽師范學(xué)院學(xué)報:自然科學(xué)版,2009,17(3):29-31.

[3]劉潔,趙東風(fēng).硅藻土的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展[J].環(huán)境科學(xué)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(jìn)展[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)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(xué)生。

中圖分類號：X75

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1671-1602(2016)14-0034-01