硅藻土的特点及其应用进展

金　洋，王春贺，黄帮蕊，宋　岐，金向群

(1.吉林大学药学院，长春　130021；2.吉林大学第一医院药剂科，长春　130021)



硅藻土的特点及其应用进展

金洋1，王春贺1，黄帮蕊1，宋岐2，金向群1

(1.吉林大学药学院，长春130021；2.吉林大学第一医院药剂科，长春130021)

硅藻土被广泛应用于环保、建材、沥青改性、复合材料、食品及医药等领域，成为一种与现代节能、食品安全、生物制药、健康环保等相关的功能矿物材料与重要矿产资源。在查阅大量相关文献资料的基础上，对硅藻土性质特点及其应用与进展进行了综述，同时对硅藻土的应用前景进行了展望。

硅藻土； 性质特点； 应用进展

1　引　言

硅藻土为一种多孔性生物硅质沉积岩，是在一定地质条件下，由古代硅藻遗体堆积后经成岩作用逐渐形成。近年来，由于硅藻土储量丰富、物理和化学特性良好，已广泛应用于食品、药品、橡胶、建筑、建材、化工、环保、涂料等领域。

2　硅藻土资源分布及性质特点

2.1资源分布

全球硅藻土资源十分丰富，且分布范围十分广泛，主要分布在中国、美国、丹麦、法国等地。其中，美国硅藻土资源总量居世界第一，我国次之。我国吉林省储量占全国54.8%，云南、福建、河北等位列其后(储量分布见表1)。虽分布广泛，但优质硅藻土仅集中于吉林省长白山地区，其他矿床大多含较多杂质，不能直接深加工利用。

表1　硅藻土中国储量

2.2结构与特点

硅藻土为生物成因的硅质沉积岩，其化学成分以SiO2为主，可用SiO2·nH2O表示[1]。硅藻土表面覆盖有大量羟基，并且存在氢键，因而呈现出微弱的酸性，pH值约为6.0[2]。硅藻土熔点1650～1750 ℃，孔隙率高达80%甚至90%，能吸收其本身重量1.5～4倍的水，是声、热、电的不良导体。并且化学性质稳定，不溶于任何强酸(氢氟酸除外)，但能溶于强碱溶液中[3]。硅藻土壁壳上大量、多级、有序排列的微孔使其具有较大的比表面积和孔体积，因而具有良好的吸附性能，能与金属离子相互作用，用以评价其本身的应用潜能以及环境中金属离子的理化特性[4]。另外，可在改变硅藻土表面大量不同的活性羟基后与其他物质成键或反应，从而改变硅藻土的吸附特性，以达到吸附不同物质的目的[5]。

3　硅藻土应用现状

3.1作为助滤剂

生产助滤剂为硅藻土的主要应用之一，且其品种最多、用途最广、用量最大。助滤剂是以优质硅藻土为基本原料的粉状产品，用于提高工业生产中过滤的速度及滤液的澄清度。因硅藻土具有除菌、除杂质、除异味的功能，使产品性能稳定、适应性好，已在啤酒、制药等行业之中得到了广泛地应用，是著名的啤酒助滤剂[6]。

对发酵后的啤酒使用硅藻土，不但可去除酵母菌[7]，还可以吸附降解絮凝质、蛋白质以及部分细菌等。使用经选矿、水洗、加工处理后的云南先峰硅藻土处理白酒的基酒，可消除白酒中的异味、怪味以及某些缺陷，使其具有良好的口感和色泽[8]。同时，还可以用来去除葡萄糖浆在糖化过程中产生的副产物，包括老化的淀粉、纤维素、低糖物质、蛋白质及糖化酶残余物等。另外，在通过硅藻土过滤技术比较食醋除菌和加热灭菌效果的过程中，使用硅藻土过滤后的除菌率达96.4%[9]，并且保证食醋的澄清度，保证久贮不返浑，避免了加热产生的焦糊味影响口感。硅藻土也已成功应用于鸡骨草凉茶、夏枯草凉茶、菊花蜜植物饮料以及花旗参蜜凉茶清汁型饮料的过滤中[10]，可得到澄清、有光泽的滤液，且饮料经长时间放置后未产生明显沉淀。目前，助滤剂相关产品已系列化，可适用于不同流程及不同清澈要求的过滤[11]。

3.2作为功能性填料

功能性填料，即利用硅藻土无毒、无害、且在液体中沉降慢等特性将其填入其他材料或产品中，以提高产品强度、耐酸性、耐磨性及稳定性等综合性能的材料。目前，硅藻土在世界各国用作功能性填料的年耗量仅次于助滤剂，约占世界总产量的20%[12]。

以硅藻土作为填料的材料有：橡胶填料、塑料填料、造纸填料、涂料填料、擦片填料、精密铸件涂料填料磨以及微孔陶瓷膜管填料等，例如，涂有改性硅藻土/壳聚糖-胍盐微球涂料的抗菌纸同时含有针对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的两种抗菌剂，非常适合用于医疗等领域[13]。此外，还可利用硅藻土的不同特点将其用作抛光剂、重金属吸附剂[14]，制取白炭黑的原料[15]以及应用于高精产品的生产中。如制作微孔陶瓷[16]、通过非原位法合成分子筛[17]、作为牙科全瓷修复材料[18]和培养基制取碳纳米管[19]等。

硅藻土在我国作为功能性填料的使用比例尚小，尤其是在橡胶、涂料、颜料、农药等工业中仍处于起始阶段，但具有十分可观的发展前景。

3.3作为污水处理剂

水资源在人类生产生活中必不可少，但随着工业生产的逐步发展，大量有毒、有害物质的排放使水资源遭到严重污染。硅藻土在废水处理中应用广泛。

目前，利用吸附法处理日常生活废水及工业废水效果较理想。硅藻土的吸附、脱色能力高，价格较活性炭低廉，有望代替活性炭成为理想的废水吸附材料。但将硅藻土直接投入废水中吸附去除污染物的处理效率较低，若将其进行焙烧、复配或改性后再用于废水处理，则可以大大提高其净化效率。例如，硅藻土在水溶液中电离后表面会形成负电性，可以对带正电的胶态污染物进行有效吸附。但对于大部分带负电的生活及工业废水，需先对硅藻土进行焙烧、酸洗等预处理[20]，加入阳离子混凝剂制成复合体结构，当带正电荷的高分子物质或高聚合离子吸附了带负电荷的胶体粒子后，产生电中和作用，导致胶体电位降低，此时高分子与胶体之间存在共价键、氢键等，故胶体粒子可吸附更多聚合粒子，从而实现对正负电荷胶体颗粒的脱稳，大大提高污水处理效果。此外，郑水林[21-23]研究了改性硅藻精土污水处理剂，与其配套技术具有处理效果好、无二次污染、工程投资少、占地面积小、运行成本低、实用性强等优点。孙仕勇等[24]将有机质硅藻土原矿经酸性水洗提纯后，在N2保护下高温煅烧，形成比表面积更大，亚甲基蓝、Pb2+、Co2+和Sr2+吸附能力更强的无定形活性炭/硅藻土的复合材料，且经改性处理可进一步提高吸附性能。肖少丹等[25]通过锰氧化物改性硅藻土上的硅羟基、锰羟基等活性基团吸附，而后被锰氧化物氧化的过程去除苯胺，其中偶氮苯为主要中间产物。还有研究表明，经酸处理及超声波改性后，天然硅藻土对金属离子的吸附能力得到激活和增强[26]。

3.4作为催化剂载体

硅藻土比表面积大、孔隙率高以及耐酸、耐热、耐磨等特性使其成为理想的催化剂载体。主要应用于氢化、脱氢、氧化、还原等化工反应中，如氢化反应中的镍催化剂载体、硫酸生产中的钒催化剂载体及石油工业中的磷酸催化剂载体等。另外，还可以浸渍硅藻土为多相催化剂利用废植物油催化合成生物柴油[27]；以硅藻土改性载体提高生物膜活性和稳定性，加速移动床生物膜反应器[28]；以负载铂系金属或稀土金属的硅藻土处理汽车尾气[29]等。为避免硅藻土催化性能受影响，要求原料比表面积不小于20 m2/g，同时除去对催化剂强度和热稳定性影响大的杂质以及引起催化中毒的成分。除此以外，硅藻土表面的酸性和羟基结构对其本身的催化性能亦有影响[30]。在催化剂载体方面，硅藻土的应用仍十分局限。随着今后石油化工业的发展，其在水合、气化等反应中的使用将会逐渐增多[31]。

3.5作为建筑材料

在室内装修和建筑工程行业中，硅藻土具有明显增强产品的强度和刚性，增大沉降体积达，并提高产品保温、耐磨、耐热、抗老化等性能的功能，因而主要用作保温、隔热、隔音建筑材料及地砖、陶瓷制品等。在造纸业和室内壁纸产业中，硅藻土优良的延伸性使产品具备较高的拉伸强度、撕裂强度及冲击强度，且质轻软、耐磨，因此减少了由于湿度变化引起的伸缩。另外，硅藻土在建筑工程中作水泥添加剂还可提高水泥的抗压强度[32]。

3.6作为杀虫剂和土壤改良剂

硅藻土主要用作杀虫剂和土壤改良剂。在虫害防治中，硅藻土颗粒通过表面的锋利边缘刺入虫体粘附于体表，致使害虫消化、呼吸等系统紊乱和表皮中蜡质结构破坏，造成脱水死亡。另一方面，硅藻土自身无毒且容易与粮食分离，因此可安全使用[3]。使用硅藻土杀虫剂防护储粮时，应提前做好预防准备，同时根据虫种和实际害虫发生情况采取措施以取得更好的防治效果[33]。

不定型活性硅藻土粒能够储存超过其本身体积1.5倍的水分，也是肥料的良好载体，因此成为优良的土壤改良剂[31]。它可以根据土壤的湿度对水的吸收与释放进行有效地调节以达到透气、保湿及干燥的作用，有益于植物根部的生长与水土的保持，目前已广泛应用于园林园艺、树木移植、屋顶绿化及高尔夫草坪等。除常规绿化措施以外，硅藻土还可用于干旱、盐碱地区的土壤绿化和西部地区的退耕还林、重建等方面，并且在未来会具有更加广阔的前景[34]。

3.7在其他方面的应用

除上述应用外，硅藻土在卷烟纸中可以用来调节燃烧率而无任何毒性副作用；在滤纸中能够提高滤液的澄清度从而提高滤速，缩短时间；在牙科中可以作全瓷修复材料以满足自然牙的色泽与半透明度要求[35]；在工业中可以与聚苯乙烯、氯化石蜡复合后成为阻燃材料[36]；还有研究显示，硅藻土可在医药领域作为载体参与药物的体内运输[37-40]。

4　展　望

硅藻土的应用范围在人们对矿物资源研究逐步深入的同时愈加广泛，但大多数仍然局限于直接利用其多孔、吸附性强的特点来使用，并未完全做到改性处理以达到生产高附加值化工产品的水平。目前，采用现代信息技术优化生产工艺以发展高性能助滤剂及现代生物医药制剂选择性微过滤产品，发展可分解或降解污染物、环境友好的高性能污水处理材料，发展可调湿并高效、可持续降解室内苯、甲醛及甲苯等有机污染物，以及发展现代生化、医药产业中药物载体的重要趋势和方向，将显著提升硅藻土的应用范围与应用价值，在增加社会效益的同时提高经济效益，使硅藻土资源的开发利用拥有广阔前景。

[1] 黄成彦.中国硅藻土及其应用[M].北京:科学出版社,1993:6.

[2] 袁鹏,吴大清,林种玉,等.硅藻土表面羟基的漫反射红外光谱(DRIFT)研究[J].光谱学与光谱分析,2001,6.

[3] 肖力光,赵壮,于万增.硅藻土国内外发展现状及展望[J].吉林建筑工程学院学报,2010,27(2):26-29.

[4] Sheng G,Dong H,Li Y.Characterization of diatomite and its application for the retention of radiocobalt: role of environmental parameters[J].Journalofenvironmentalradioactivity,2012,113:108-115.

[5] 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.

[6] 王宝民,宋凯,韩瑜.硅藻土资源的综合利用研究[J].材料导报:纳米与新材料专辑,2012,25(2):468-469.

[7] 朱一民,沈岩柏.硅藻土对水相中啤酒酵母菌的吸附研究[J].东北大学学报,2005,26(1):288-291.

[8] 毕先钧,江华,樊明赟.硅藻土对亚甲基蓝的吸附及在白酒处理中的应用[J].云南师范大学学报,2006,26(4):56-59.

[9] 林祖申.解决食醋混浊沉淀的探讨[J].中国酿造,2007,(8):37-39.

[10] 刘建文.硅藻土及过滤设备在清汁型饮料中的应用[J].生产实践,2006,9(7):30-33.

[11] 陆浩.硅藻土资源及开发利用概况[J].浙江地质,2001,17(1):52-59.

[12] 赵洪石,何文,罗守全,等.硅藻土应用及研究进展[J].山东轻工业学院学报:自然科学版,2007,21(1):80-82.

[13] 林新兴,刘凯,陈礼辉,等.改性硅藻土吸附壳聚糖-胍盐微球及其在抗菌纸中的应用[J].中国造纸学报,2014,(1):16-20.

[14] 赵芳玉.临江三级硅藻土吸附重金属的研究[D].长春：吉林大学硕士论文,2009.

[15] 马晓,肖大玲,储民,等.硅藻土的处理及其在橡胶中的应用[J].橡胶科技,2014,10: 008.

[16] Osman an, Remzi Goren and Cem Ozgür.Purification of diatomite powder by acid leaching for use in fabrication of porous ceramics[J].InternationalJournalofMineralProcessing,2009,(1): 6-10.

[17] 历阳,王有和,刘元良,等.以硅藻土为原料水热合成 ZSM-5分子筛[J].石油炼制与化工,2014,(5):54-59.

[18] 陆小丽,刘梅,钱蕴珠,等.牙科硅藻土基纳米复相陶瓷烧结曲线的研究[J].口腔医学研究,2013,1:015.

[19] El-Shazly M,Duraia.Growth of carbon nanotubes on diatomite[J].Vacuum,2009,(4): 464-468.

[20] Khraisheh M A M,Alg-Houti M S.Enhanced dye adsorption by microemulsion-modified calcined diatomite (μE-CD)[J].Adsorption,2005,11(5-6): 547-559.

[21] 郑水林,王庆中.改性硅藻精土在污水处理中的应用[J].非金属矿,2000,23(4):36-37.

[22] 郑水林.非金属矿物环境污染治理与生态修复材料应用研究进展[J].中国非金属矿工业导刊,2008,(2):3-7.

[23] 郑水林,孙志明,胡志波,等.中国硅藻土资源及加工利用现状与发展趋势[J].地学前缘,2014,5:028.

[24] 孙仕勇,文科,杨波,等.活性炭/硅藻土吸附剂的制备及性能研究[J].岩石矿物学杂志,2013,32(6):941-946.

[25] 肖少丹,刘露,姜理英,等.锰氧化物改性硅藻土对苯胺的去除动力学与机制[J].环境科学,2015,6:041.

[26] Ye X,Kang S,Wang H,et al.Modified natural diatomite and its enhanced immobilization of lead, copper and cadmium in simulated contaminated soils[J].JournalofHazardousMaterials,2015,289: 210-218.

[27] Modiba E,Enweremadu C,Rutto H.Production of biodiesel from waste vegetable oil using impregnated diatomite as heterogeneous catalyst[J].ssChineseJournalofChemicalEngineering,2015,1:039.

[28] 李倩,全燮,刘涛,等.硅藻土改性载体加速移动床生物膜反应器启动研究[J].大连理工大学学报,2015,55(4):358-365.

[29] 马鸿文.工业矿物与岩石[M].北京:化学工业出版社,2005:364-369.

[30] 王红丽,董锦芳,杜高翔.硅藻土提纯改性及应用研究进展[J].中国非金属矿工业导刊,2008,(6):9-13.

[31] 徐樟明.硅藻土在环保,生态中的应用[J].中国非金属矿工业导刊,2005,(5):77-77.

[32] 杨哲斌.硅藻土在建筑装饰工程或家庭装修中的应用现状[J].中国建材科技,2014,(2):18-20.

[33] 王晶磊,肖雅斌,李增凯,等.苦皮藤素和硅藻土储粮害虫室内防治效果研究[J].粮食储藏,2014,43(2):5-8.

[34] 姜玉芝,贾嵩阳.硅藻土的国内外开发应用现状及进展[J].有色矿冶,2011,27(5):31-37.

[35] 陆小丽,刘梅,钱蕴珠,等.牙科硅藻土基纳米复相陶瓷烧结曲线的研究[J].口腔医学研究,2013,1:015.

[36] 宋秀龙. 聚苯乙烯/硅藻土/氯化石蜡复合阻燃材料的制备及性能研究[D].太原：太原理工大学学位论文,2015.

[37] Ruggiero I,Terracciano M,Martucci N M,et al.Diatomite silica nanoparticles for drug delivery[J].Nanoscaleresearchletters,2014, 9(1):1-7.

[38] Rea I,Martucci N M,De Stefano L,et al.Diatomite biosilica nanocarriers for siRNA transport inside cancer cells[J].BiochimicaetBiophysicaActa(BBA)-GeneralSubjects,2014,1840(12): 3393-3403.

[39] Janicijevic J,Krajisnik D,Calija B,et al.Inorganically modified diatomite as a potential prolonged-release drug carrier[J].MaterialsScienceandEngineering:C,2014,42:412-420.

[40] Janicijevic J,Krajisnik D,Calija B,et al.Modified local diatomite as potential functional drug carrier-A model study for diclofenac sodium[J].Internationaljournalofpharmaceutics,2015.

Characteristic and Application Progress of Diatomite

JINYang1,WANGChun-he1,HUANGBang-rui1,SONGQi2,JINXiang-qun1

(1.School of Pharmaceutical Sciences,Jilin University,Changchun 130021,China;2.Dept.of Pharmacy,The First Hospital of Jilin University,Changchun 130021,China)

Diatomite is widely used in environmental protection, building materials, pitch modification, composite material, food, medicine and other fields, so it becomes a kind of functional mineral material and important mineral resource with modern energy conservation, food safety, biopharmacy, as well as health and environmental protection. On the basis of the consultation of a large number of relevant literature, the characteristic and application progress of diatomite are summarized, and the application prospect of diatomite is proposed in this paper.

diatomite;characteristic;application progress

吉林省科技发展计划项目(20130204005GX)

金洋(1991-)，女，硕士研究生.主要从事药物制剂方面的研究.

金向群，教授.

TD985

A

1001-1625(2016)03-0810-05