硅藻土在有機合成中的開發與應用

靳海燕

（新鄉拓新藥業股份有限公司，河南 新鄉 453003）

硅藻土是一種生物化學沉積物，主要由遠古地質時期單細胞植物藻類的化石骨骼遺骸積聚形成。是一種不可再生的天然資源[1]。目前已有幾十個國家和地區生產硅藻土制品，年產量達數百萬噸，其中產量最大的是美國，其次是俄羅斯和法國以及德國[2]。我國已發現硅藻土礦70余處，已探明儲量4.06億噸。

1 硅藻土的物化特性及結構特征

純凈的硅藻土一般呈白色土狀，含雜質時，常被鐵的氧化物或有機質污染而呈灰白、黃、綠、、黑色。大多數硅藻土質輕、多孔，易破碎，但硅藻骨骼微粒的硬度較大。硅藻土密度很小，堆密度平均：0.66g/cm3，熱穩定性：原土經900℃煅燒2h后，硅藻殼壁有規律排列的孔結構保持完好，當1200℃煅燒2h后，則硅藻孔洞排列結構將受到破壞[4]。硅藻土的顆粒孔結構與硅藻密切相關，硅藻個體很小，一般為1～100μm，硅藻遺骸的礦物成分為非晶質SiO2，具有很好的化學穩定性，是熱、聲、電的不良導體。

硅藻土的化學組成主要是硅酸鹽，其中二氧化硅含量的高低是衡量硅藻土質量品位的重要指標，可將其分為高品位硅藻土和劣質硅藻土。硅藻土作為固體酸，顯微弱的酸性，除溶于氫氟酸外，不溶于其他酸類，可與弱堿發生反應。其表面吸附性質與其表面結構有關。硅藻土表面為大量硅羥基所覆蓋，并有氫鍵存在，OH基團也在硅藻土細孔內表面分布，這些OH基團是使硅藻土具有表面活性，吸附性以及酸性的本質原因[2]。

2 硅藻土的用途

2.1 助濾劑

助濾劑是一種顆粒均勻、性質堅硬、壓縮性小的粒狀物料。其作用在于過濾分離掉微小粒子及防止膠體微粒對介質的堵塞。硅藻土最廣泛的用途是作為分離液體中懸浮固體的助濾劑。它作為有效的助濾劑已有60多年歷史[4]。硅藻土之所以適合作為助濾劑，原因在于它具有不易溶解性，適宜的粒度分布和多孔結構。

用低品位硅藻土為原料可生產制得助濾劑，以酸洗—水洗或水漂洗等預處理后的硅藻土為原料，加工過程包括助溶劑配制（這種特殊的助熔劑能起到顆粒結構骨架的作用）、混料、松料、煅燒、粉碎、分級、并且改變溫度、助熔劑及輔助熔劑添加量等工藝參數，可生產出一系列不同滲透率的硅藻土助濾劑[7]。

把含SiO275%～85%的硅藻土經粉碎、酸化處理、提純、洗滌、烘干，加入助濾劑混合，煅燒、粉碎、活性表面處理、低溫活化，便得到適用于啤酒生產過濾用的助濾劑，用于除去啤酒中大分子蛋白質、酵母菌、細菌等懸浮物質，硅藻土助濾劑應用在啤酒等飲料過濾中是已知過濾介質中最為理想的材料。

2.2 催化劑載體

硅藻土對大多數化學反應具有惰性并且耐高溫，因此可作為理想的催化劑載體。一般用作氧化、氫化、脫氫、水合、還原等化學反應的催化劑。例如，加氫工藝中的鎳催化劑、硫酸制備中的釩催化劑、石油煉制用的磷催化劑汽車尾氣處理的催化劑等均可用硅藻土為載體。

國外研制的硅藻土載體，是用于催化乙烯轉化成乙醇、催化加氫馬來酸酐、催化不飽和二醇等。如在日本專利中，將硅藻土與P2O5混合，噴霧濃磷酸，在204～426℃下干燥，再在80%空氣，20%水蒸氣下加熱，可得到表面積為1～15m2/g，初始抗碎強度≥15.8kg，體積密度為0.48～0.96kg/L，孔容0.07～0.2cm3/g的固體磷酸催化劑[9]。

2.3 吸附劑

以SiO2含量90%以上的精制硅藻土為原料，分別均勻混入總量為3%～8%的復合助劑Na2CO3和 CaCl2、Na2CO3和 MgCl2、CaCO3和 NaCl 及MgCO3和NaCl，復合助劑中碳酸鹽和氯化物的分子比為1～5，在750～1000℃條件下煅燒改性30～60min，燒成品粉碎至50μm，然后分離出適宜粒級，制得四種吸附型硅藻土助濾劑產品[8]。

硅藻土吸附劑主要用于礦物油及動植物油的脫色精煉，吸附除去瀝青質、中性膠原、硫化物烯烴、環烷酸、礦物質、胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素等[9]。由生物發酵得到的產品有時所帶轉化酶比較高，用活性炭精制時物料容易發青色，如果在精制時加入硅藻土就不會有上述情況，其內毒素含量也會降低。例如硅藻土在有青霉素G酰化酶提純中，硅藻土用氨水處理后與青霉素G酰化酶的大部分結合位點由氨基占有。酶與處理后的硅藻土的吸附、解吸可認為是親水性吸附，疏水性解離。硅藻土對發酵液中色素吸附甚少，苯乙酰胺-Sepharose4B樹脂對發酵液中色素有較強的吸附，因此用此方法提純的酶不但去掉了大部分雜蛋白，而且也去掉了色素[7]。

2.4 其他

硅藻土除在化工行業中應用廣泛，還用于涂料、填充劑、磨料和摩擦材料、廢水處理、除臭劑、農藥與肥料、蓄電池隔板材料、日用化學品等領域。

3 前景展望

世界硅藻土工業自19世紀60年代出現至今，經歷了一個應用領域不斷拓展、產品種類不斷豐富的過程。其主要利用方向仍是化工及精細化工產品，雖然我國硅藻土資源豐富，但由于質量較差使得硅藻土的利用受到很大程度的限制，故硅藻土的更廣泛的利用還有待我們更深入研究。