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      硅藻土的應用及研究進展

      2015-4-28 9:51:04點擊:
      硅藻土的應用及研究進展
      簡單介紹了硅藻土在國內外的應用情況,綜述了近年來國內外用硅藻土對聚合物填充改性的方法以及硅藻土作為吸附材料對工業廢水中的染料、重金屬離子以及非極性芳香烴吸附的研究進展,展望了它在農業、醫藥、環保、食品、室內裝修等領域的應用前景。


      1前言

      硅藻土是由海河中的單細胞低等水生植物硅藻的遺骸經過幾百萬年的沉積礦化作用而形成的生物礦物材料。由于其生物成因,具有獨特的有序排列的微孔結構、孔隙率高、孔體積大、質量輕、堆積密度小、比表面積大、導熱系數低、吸附性強、活性好等優點,并且其分布廣泛,價格低,特別是硅藻土顆粒壁殼上的天然的多級有序的微孔結構使其在作為聚合物材料、涂料的填料和增強劑、化工的助濾劑、吸附劑、催化劑載體、表面活性劑以及色譜固定相或載體等方面有很高的應用價值,近年來在聲學材料、建筑材料、涂料、保溫隔熱材料等行業的應用日趨廣泛。本文主要對硅藻土在國內外的應用及研究現狀及進展進行綜述。




      2國內外硅藻土產品綜合利用現狀

      2.1助濾劑
      硅藻土產品種類繁多,主要用途之一是生產助濾劑,且品 種最多,用量也最大。用硅藻土粉制品可以濾除液體中的固體顆粒、 懸浮物質、膠體粒子及細菌,起到濾清和凈化液體的作用。助濾劑主要應用領域有啤酒、醫藥(用于抗生素、血漿、維生素、 合成醫藥、注射液等的過濾)、凈水過濾、油脂工業、有機溶液、涂料和染料、肥料、酸類、堿類、調味料、糖類、酒類等。

      2.2填料和涂料
      硅藻土廣泛用作塑料、橡膠等高聚物基復合材料的填料。其化學組成、晶體結構、粒度、顆粒形狀、表面性質等決定其填充性能,F代新型高聚物基復合材料不僅要求非金屬礦物填料具有增量和降低材料成本的功效,更重要的是能夠改善填充材料的性能或具有補強或增強等功能。

      2.3建材和保溫絕熱材料
      國外的硅藻土建材和保溫材料生產國有丹麥、羅馬尼亞、俄羅斯、日本、英國等。其制品主要有隔熱磚、硅酸鈣制品、粉料、 硅鈣板、水泥添加劑以及泡沫玻璃、輕質骨料、瀝青路面混合料添加劑等。

      3硅藻土的研究進展
      近年來在硅藻土改性上已經做了大量的研究,針對不同的 廢水有著不同的改性方法。近年來的研究主要有以下幾個方向,現將其綜述如下。

      3.1硅藻土對聚合物的填充改性
      這種改性方法主要利用的是聚合物的一些特性,并且用于硅藻土改性的這些聚合物在硅藻土表面吸附得很快。由于聚合物的這些特性,把它接到硅藻土表面來改性硅藻土。

      3.1.1硅藻土改性聚苯胺
      用硅藻土來對聚苯胺進行改性,得到含有8%聚苯胺的亮黃色粉末。改性后的硅藻土具有一定的傳導率,使其具有導電能力,從而增大對污水中雜質的去除率。

      3.1.2硅藻土改性聚乙烯亞胺
      用聚乙烯亞胺對硅藻土進行改性,并通過實驗得出硅藻土上吸附的最佳聚乙烯亞胺濃度及最佳反應條件。研究表明,硅藻土與聚乙烯亞胺之間有很強的靜電力,兩者很容易結合。改性后的硅藻土在很大pH范圍內帶正電。并且在研究中可知,用聚乙烯亞胺改性的硅藻土對苯酚有很好的去除能力。

      3.1.3硅藻土填充茂金屬聚乙烯
      將硅藻土和聚乙二醇(PEG)以1:2的質量比制成復合加工助劑(BPA),使硅藻土易于均勻分散在熔體內部。這種復合加工助劑可使溶體在擠出成型時,既產生一定的壁面滑移,又誘發出了較強的內部滑移,從而很好地改善了熔體的流動性能,同時對鯊魚皮型熔體破裂也具有一定的改善效果,并且還能明顯降低茂金屬的熔體粘度,改善其加工性能。

      3.1.4硅藻土改性聚甲醛
      用DSC法研究了硅藻土成核改性聚甲醛的等溫結晶行為。結果表明,成核劑硅藻土的加入,降低了POM的半結晶時間和POM球晶徑向生長的單位面積的界面活化能,使POM的結晶速率大大加快,從而使球晶明顯細化,有利于POM的精密成型。

      3.1.5硅藻土填充超高分子量聚乙烯
      超高分子量聚乙烯UHMWPE是一種性能優良的熱塑性工程塑料,具有極高的耐磨性、耐沖擊性,很低的摩擦因數和優異的自潤滑性,但其存在表面硬度和熱變形溫度低,抗彎強度及蠕變性能較差等缺點。利用聚合填充工藝對填料進行處理,使其粒子表面形成活性中心,讓乙烯、丙烯等烯烴類單體在填料粒子表面聚合,形成緊密包裹粒子的樹脂,最后就可得到具有獨特性能的復合材料。

      3.1.6硅藻土改性的瀝清
      硅藻土改性的瀝清所鋪建的公路不僅耐磨擦而且抗沖擊力強,而且有高的抗溫差性能,大大提高了公路的使用壽命。劉大梁等對硅藻土改性的瀝青混合料進行了一系列實驗,結果表明改性后的瀝青的高溫性能得到一定改善,并應用于路面大修工程,取得了一定成果。

      3.2藻土吸附性能的研究

      3.2.1硅藻土對染料廢水的吸附研究

      紡織印染行業每年產生大量的染料廢水,這些廢水降低了光的透射性、
      大大抑制了植物的光合作用。染料廢水的去除近年來已經引起了廣泛的關注。由于硅藻土良好的吸附性能,近年來已經開始用硅藻土來研究染料廢水的處理。研究表明,硅藻土的吸附性質與其結構、孔分布、表面F電位、IEP值及pH有關,在pH為13時,吸附量均達最大,吸附等溫線均符Freundlich吸附等溫式。彭書傳研究了活化后的硅藻土配制成的復合凈水劑,處理印染廢水,此法具有脫色效果好、COD去除率高等特點、且費用低廉、不產生二次污染。經活化的硅藻土處理的印染廢水可達到國家排放標準,處理效果優于其他常用的絮凝劑。

      3.2.2硅藻土對含重金屬廢水的吸附研究
      由于硅藻土良好的吸附特性,近年來硅藻土及改性硅藻土也被廣泛用在重金屬污染物處理的試驗性研究上。研究發現用硅藻土做吸附劑可使廢水中鎘的含量低于國家排放標準,硅藻土對Cd2+的吸附符合Freundlich吸附等溫式。處理廢水后的硅藻土可以再生。通過硅藻土對廢水中汞的吸附能力和影響吸附條件的研究。研究表明硅藻土對廢水中的汞反應6小時后即可達平衡,去除效率達90%,并且隨著溫度的升高,吸附率呈下降趨勢。處理廢水后的硅藻土可以再生。

      3.2.3硅藻土對含非極性芳香烴廢水的吸附研究
      工業污水中非極性芳香烴是一類極具污染性的污染物,此類污染物的去除也引起了人們的廣泛重視。近年來人們已經開始研究用硅藻土及改性的硅藻土來去除此類污染物。通過研究了不同鏈長度、不同官能團的氯代硅烷來改性的硅藻土的特性,并研究了其對非極性芳香烴的吸附特性。研究表明對非極性芳香烴的吸附量不僅與TOC有關,還與氯硅烷上接的有機官能團有關。用聯苯二氯硅烷去除污水中的甲苯、鄰二甲苯、萘的效果最好,去除率分別為71%、60%、30%。改性硅藻土對非極性芳香烴的吸附符合Freundlich吸附等溫式。

      4展望
      我國硅藻土從品種和產品質量上均不能滿足市場要求,在 許多領域沒有得到充分應用。因此,根據我國硅藻土的特點,借鑒國外的先進技術,提高硅藻土品質,開發硅藻土的新用途將給硅藻土行業帶來新的機遇。在環保建材方面,利用硅藻土生產的新型瓷磚、陶瓷、涂料、吸附材料及輕型建材日新月異,而我國還處于起步階段,其潛在市場是十分巨大的。在環境污染治理方面,硅藻土成膜應用技術近年來也受到了廣泛關注,多種硅藻土分離膜相繼開發,硅藻土凈化處理技術也日趨完善,現在重要的是將其積極應用在環保中。在農業方面,我國在國家 “十五”糧食行業科技發展規劃中,明確提出了利用硅藻土防治儲糧蟲害技術應用的開發。如果在農業上普遍推廣,不僅節約大量糧食,也為我國水土保持、生態恢復和改良起到不可小視的作用。相信在不久的將來,我國的硅藻土應用領域將越加寬廣,發展前景必將更加廣闊。


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