硅藻土理化特性及改性研究

吴相川，任雪云

(黄淮学院化学化工系，河南 驻马店 46300)



硅藻土理化特性及改性研究

吴相川，任雪云

(黄淮学院化学化工系，河南 驻马店 46300)

摘要：硅藻土具有独特的微孔结构，且多孔、密度小、比表面积大，吸附能力强，化学性质稳定，并且中国硅藻土矿储量丰富，但是硅藻土原矿杂质较多，且硅藻土存在理化构造缺陷，这些因素限制了硅藻土吸附性能的发挥，为了消除这些不利因素，硅藻土需要实施改性。本文就硅藻土理化特性及其改性研究现状进行了综述，并提出最大限度发挥或挖掘其天然禀赋的材料或制品是硅藻土加工利用的一个主要趋势和方向。

关键词：硅藻土；改性；吸附;应用

1硅藻土理化特性研究现状

硅藻土是生物成因的硅质沉积岩，因其质轻、多孔且孔隙呈有规律分布、孔径介于十几纳米至数百纳米，被人们发现后逐步开发并广泛应用于食品、医药、环保、节能以及生态建材、催化剂与农药载体、沥青改性剂、复合材料等领域，是一种与现代食品安全、生物制药、健康环保、节能等相关的重要矿产资源与功能矿物材料。

1.1化学特性

硅藻土矿物成分与天然的二氧化硅胶凝体蛋白石不同，为非晶质态的蛋白石，是一种有机成因的特殊矿物。硅藻土的化学成分主要为无定性的SiO2，以外还含有少量的Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、TiO2、Na2O等[1]。

硅藻土主要化学成分为SiO2，具有较的化学稳定性和热稳定性，不溶于除氢氟酸外的任何强酸，但在强碱环境下不能稳定存在。硅藻土所含的SiO2以非晶型为主，当硅藻土被加热到800～1000℃时，所含SiO2就会由非晶型向晶型转变，在碱性环境下，可溶性硅酸所占的比例就会下降。从硅藻土的化学结构可知，硅藻土呈弱酸性，是一种固体酸。硅藻土表面的多孔性与负电性使其呈现明显表面吸附性。硅藻土表面还存在有大量的硅羟基及氢键，这些硅羟基及氢键同时存在于硅藻土众多的微孔之中，这些也是硅藻土具备吸附性能的重要原因[2]。

硅藻土的吸附性能与其表面及微孔所携带的羟基数量密切相关，其吸附性能会随着羟基数量的增多而提升，在一定温度下，这些羟基会发生转化，而这些转化对硅藻土的吸附性能会产生重要影响。硅藻土还携带具有一定活性的羟基还可以使得硅藻土表面接枝或结合一些官能团，可导致硅藻土的吸附性能发生改变，故而可通过化学改性使硅藻土提高吸附性能。部分羟基由于水解作用而失去氢离子，使得硅藻土表面在液/固体系中呈现一定的负电性，pH值也能影响硅藻土表面负电性，还有研究表明，接枝官能团可改变硅藻土表面等电点[3]。

1.2物理特性

由于天然硅藻土中往往含有铁氧化物或者有机质等杂质，天然硅藻土会呈现灰、白、黄、绿甚至黑色，而经过提纯的硅藻土多为白色。硅藻土因成岩之前硅藻的形态不同而呈现出相异的微观形貌，一般呈现圆筛状、带状和圆柱状，大部分硅藻土具有大量微孔、质地较轻、容易破碎，但其硅藻骨骼微粒的硬度很大。

2硅藻土改性的部分应用

目前国内外研究人员主要采用常规物理法或化学法对硅藻土进行了改性研究。外研究人员主要采用常规物理法或化学法对硅藻土进行了改性研究。

2.1常规改性

擦洗法：在不破坏硅藻壳的前提下，对硅藻土进行研磨，打细原料颗粒，以剥离固结在硅藻壳上的粘土等矿物杂质，提高SiO2含量，改善硅藻土颗粒表面性质，进而提高硅藻土的吸附能力。

焙烧法：高温煅烧可显著提高硅藻土SiO2含量，增大孔径，增加表面酸强度。对烧失量较高类型的硅藻土来说，焙烧处理对于硅藻土吸附性能的改善十分有效。

微波法：适当的微波处理可以除去硅藻土中部分杂质和水分，增加孔隙，增大比表面积，提高吸附效果。

酸改性：酸改性主要是通过强酸的蚀刻作用去除硅藻土颗粒表面的杂质，提高硅藻土的纯度，同时降低其密度，增大其孔容与比表面积，明显改善硅藻土孔隙结构，进而提高其吸附性能。

2.2无机改性

硅藻土无机改性主要是通过加入无机大分子改性剂，使其均匀分散于硅藻土孔道间，形成柱层状缔合结构，疏通或拓展硅藻土孔道，并在缔合颗粒之间形成较大的空间，以容纳更多的吸附质，最终达到提高硅藻土吸附能力的目的。

2.3有机改性

硅藻土有机改性主要是指在硅藻土表面接枝功能性大分子，对其表面实施改性处理，以达到提高硅藻土吸附能力的目的。

3存在问题及展望

中国是目前世界上位居第二的硅藻土资源储量国和硅藻土产品生产国，但是，优质资源很少；采用先进选矿技术综合利用占绝大多数的低品位硅藻土资源是中国硅藻土产业可持续发展的必然需要，具有战略意义。充分利用硅藻土的天然特性，最大限度发挥或挖掘其天然禀赋的材料或制品是硅藻土加工利用的一个主要趋势和方向。

采用现代高新技术提升或优化硅藻矿物材料的天然禀赋或功能，发展具有光催化降解功能的高性能环保材料、具有相变储能与调温功能的节能材料是硅藻土复合功能材料的重要趋势和方向，将显著提升硅藻土的应用价值和应用范围[4]。

参考文献：

[1]杨宇翔,陆荣三,戴安邦.国产硅藻土结构的研究[J].化学学报,1996,54:57-64.

[2]许树成.硅藻土开发应用与特性研究[J].阜阳师范学院学报:自然科学版,2009,17(3):29-31.

[3]刘洁,赵东风.硅藻土的研究现状及进展[J].环境科学与管理,2009,34(5):104-106.

[4]朱健,王平,雷明婧,张伟丽.硅藻土理化特性及改性研究进展[J].中南林业科技大学学报,2012,v.32;No.13812:61-66.

作者简介：吴相川(1994-),男，河南濮阳人，在校大学生。

中图分类号：X75

文献标志码：A

文章编号：1671-1602(2016)14-0034-01