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凹凸棒石的高值利用研究

供稿人:吴春莹  供稿时间:2019-1-31   关键字:凹凸棒石  高值利用  功能材料  

凹凸棒石是一种具有规整孔道和纳米棒晶结构的天然一维纳米级矿物材料,属稀有非金属矿,主要分布在中国、美国、西班牙、法国等少数国家。我国凹凸棒石资源丰富,储量占全球总量的一半以上,但利用水平和产品附加值不高,技术瓶颈是低品位凹凸棒石色泽深和伴生矿组成复杂,同时天然形成的凹凸棒石棒晶大多以鸟巢状或柴垛状聚集,利用传统的干法工艺无法实现纳米功能化高值应用。

国外对凹凸棒石的研究和开发始于20世纪初,规模化应用始于20世纪80年代。我国凹凸棒石研究始于20世纪80年代,2000年前后实现工业化应用。近年来,我国成为凹凸棒石研发的主力军,每年发表的SCI论文占该领域论文总数的60%以上,在凹凸棒石的晶束解离、结构调控和功能材料研发等方面已形成国际影响力。

中国科学院兰州化学物理研究所在863等项目的支持下经过10多年系统研发,突破了湿法低品位凹凸棒石转白、伴生矿同步转化和凹凸棒石棒晶束无损高效解离关键技术,开发了凹凸棒石纳米无机凝胶、霉菌毒素吸附剂、类玛雅蓝颜料和棕榈油脱色剂高附加值产品并实现产业化应用,完成的“基于湿法凹凸棒石高值利用关键技术开发与应用”项目获得2018年度国家技术发明奖二等奖。

专利CN103818916B揭示了一种植酸改性制备凹凸棒石纳米无机凝胶的方法。该方法是将凹凸棒石黏土原矿粉碎后分散在植酸水溶液中制成凹凸棒石黏土悬浮液,过200目筛除去石英等杂质;升温至70~100℃,反应2~10h,冷却,压滤至水分小于50%,然后用乙醇浸泡,干燥,粉碎,过200目筛即得。经测定,该发明改性的凹凸棒石黏土与天然未改性凹凸棒石黏土相比,在水中的黏度可提高4倍以上,同时还可以与甲醇、乙醇、甘油和丙二醇及聚乙二醇等互溶,可满足涂料和日化用品等领域增稠的需求。

专利CN105731486B涉及利用低质凹凸棒石黏土尾矿制备球形方沸石介孔材料的方法,其特征是通过一步水热反应将品位低、成分复杂、吸附性能差的凹凸棒石黏土尾矿转变为孔径分布均一可控、吸附性能优异的微米级球形介孔吸附材料。该发明在不引入有机表面活性剂类成孔剂的前提下,通过一步水热反应将凹凸棒石的晶体结构和聚集态进行转变,同时将伴生矿物溶解结晶重组,得到具有微米级球形形态的介孔方沸石材料,产品孔径分布窄,工艺简单,产品性能稳定,孔径分布可控,吸附性能优异,作为吸附剂广泛用于抗生素、霉菌毒素、染料和重金属的高效吸附去除以及铷、铯等贵金属离子的富集等诸多领域。

专利CN105802282B公开了一种利用红色凹凸棒石黏土制备红色杂化颜料的方法,将经预处理的红色凹凸棒石黏土矿与固体铁盐混合,研磨均匀后分散于水中,加入助剂搅拌分散均匀、超声处理后再转入水热反应釜中进行水热反应,然后降温至室温;固体产物经分离、洗涤、干燥、粉碎处理,得到红色杂化颜料。该发明利用天然凹凸棒石黏土本身具有的红色,通过水热过程中铁盐的晶型转变,形成以硅为骨架的色泽艳丽、稳定性好、粒度均匀的新型红色杂化颜料,实现红色凹凸棒石黏土资源的高值化利用,为涂料、油漆、陶瓷、文物修复、涂层等多个领域提供高性价比的红色颜料。

专利CN105289470B提供了一种利用抗生素废水制备负载生物炭的凹凸棒石纳米复合材料的方法。该发明通过复合酸处理凹凸棒石黏土,使凹凸棒石黏土中的碳酸盐充分分解,进一步疏通凹凸棒石的吸附孔道,同时赋予表面改性功能基团,有效提高了其对抗生素的吸附性能;再以吸附抗生素的凹凸棒石作为碳源,经煅烧处理既活化了凹凸棒石的微孔和介孔结构,又通过原位负载生物炭,显著提升了凹凸棒石对重金属离子的吸附性能。因此,该方法不仅实现了抗生素废水的处理,同时实现了抗生素等有机分子的再利用,获得了吸附性能优良的吸附剂,在水体净化、土壤改良和修复等方面有广阔的应用前景。

未来,凹凸棒石功能材料的发展呈现出多学科交叉趋势,通过不同学科融合,促进凹凸棒石从传统应用向智能材料应用方向发展,能源材料、环境材料、生物医药材料、仿生材料等智能应用领域将是凹凸棒石功能材料的主流发展方向。

 

相关链接

1.     王文波,牟斌,张俊平,王爱勤. 凹凸棒石:从矿物材料到功能材料. 中国科学:化学, 2018, 48(12): 1432-1451.

2.     中科院兰州化物所“基于湿法凹凸棒石高值利用关键技术开发与应用”项目拟参评2018年度国家技术发明奖二等奖.http://www.cnpowdertech.com/2018/qianduanjishu_0313/24800.html.

3.     中国科学院兰州化学物理研究所.植酸改性制备凹凸棒石纳米无机凝胶的方法.CN103818916B.

4.     中国科学院兰州化学物理研究所盱眙凹土应用技术研发中心.利用低质凹凸棒石黏土尾矿制备球形方沸石介孔材料的方法.CN105731486B.

5.     中国科学院兰州化学物理研究所.利用红色凹凸棒石黏土制备红色杂化颜料的方法.CN105802282B.

6.     中国科学院兰州化学物理研究所.利用抗生素废水制备负载生物炭的凹凸棒石纳米复合材料的方法.CN105289470B.

 


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