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(guó)硅藻土礦儲(chǔ)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(gè)主要趨勢(shì)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(wú)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(shí)，所含SiO2就會(huì)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(huì)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(shí)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(huì)隨著羥基數(shù)量的增多而提升，在一定溫度下，這些羥基會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)化，而這些轉(zhuǎn)化對(duì)硅藻土的吸附性能會(huì)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(guó)內(nèi)外研究人員主要采用常規(guī)物理法或化學(xué)法對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)燒失量較高類型的硅藻土來說，焙燒處理對(duì)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(shí)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(wú)機(jī)改性

硅藻土無(wú)機(jī)改性主要是通過加入無(wú)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(duì)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(guó)是目前世界上位居第二的硅藻土資源儲(chǔ)量國(guó)和硅藻土產(chǎn)品生產(chǎn)國(guó)，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(guó)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(gè)主要趨勢(shì)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(chǔ)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(shì)和方向，將顯著提升硅藻土的應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用范圍[4]。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊宇翔,陸榮三,戴安邦.國(guó)產(chǎn)硅藻土結(jié)構(gòu)的研究[J].化學(xué)學(xué)報(bào),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(yáng)師范學(xué)院學(xué)報(bào):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(bào),2012,v.32;No.13812:61-66.

作者簡(jiǎn)介：吳相川(1994-),男，河南濮陽(yáng)人，在校大學(xué)生。

中圖分類號(hào)：X75

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1671-1602(2016)14-0034-01