吳相川,任雪云
(黃淮學(xué)院化學(xué)化工系,河南 駐馬店 46300)
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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