科普:天然一维纳米材料“凹土”能否实现产业化应用

光明日报 2017/3/30 11:25:25

【科普小博士】

近年来,稀土已经广为人知,但你知道凹土吗?

凹土,学名“凹凸棒石”,是一种具有棒状晶体结构的含水富镁的铝硅酸盐矿物。1862年,俄国学者隆夫钦科夫首次在乌拉尔地区发现了这种矿产。它是一种天然的一维纳米材料,有许多特殊的物理化学性质,在农牧业、建材、石油、冶金、食品,化妆品等10多个领域有着广泛应用。比如,在生产色拉油的过程中,要在原油中加入凹土,过滤掉黄曲霉素等有害成分和杂质。再比如,医院在制氧中,需要加入凹土,吸附氮氧分离时产生的水汽。

我国凹凸棒石的主要成矿地在江苏盱眙,其已探明储量占全国总量的74%、世界总量的48%。尽管我国凹凸棒石储量占据全球储量的半壁江山,但我们并没有因此得到相应的收益——到2010年底,江苏盱眙凹凸棒石产值还不到4亿元。

究其原因,中国科学院盱眙凹土应用技术研发与产业化中心主任、中国科学院兰州化学物理研究所研究员王爱勤认为,一是制约产业发展的关键共性技术没有取得突破,二是缺少凹凸棒石创新研发团队的技术支撑,三是缺少公共测试和服务平台。

科学发现和技术创新是产业发展的基石。2010年6月,中国科学院与盱眙县人民政府联合共建了“中国科学院盱眙凹土应用技术研发与产业化中心”,先后引进中国科学院兰州化学物理研究所、中国科学院宁波材料技术与工程研究所、中国科学院广州能源研究所以及常州大学、环保部南京环境科学研究所等单位,着力解决如何高值利用凹凸棒石资源的难题。

据王爱勤介绍,凹凸棒石棒晶间较强的氢键和静电作用力,使天然形成的凹凸棒石棒晶大多以鸟巢状或柴垛状聚集,成为制约产业发展的世界性难题。“我们团队历时5年,在处理工艺对凹凸棒石微观结构影响和棒晶损伤研究积累基础上,发展了对辊处理-制浆提纯-高压均质-乙醇交换一体化工艺,在保持凹凸棒石固有长径比前提下,成功实现了棒晶束的高效解离,棒晶达到纳米级分散,同时还解决了干燥过程中纳米棒晶的二次团聚问题。”王爱勤介绍,在此基础上,开发了凹凸棒石纳米无机凝胶、凹凸棒石油品高效脱色剂和凹凸棒石纳米导电材料等高值化利用产品,并成功实现产业化应用。

如今,通过构建平台、突破技术、服务产业,盱眙凹凸棒石产值已经增长到2016年的20亿元。科学家们的研究仍在继续,用科技将凹凸棒石“点石成金”。

作者:柯济

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