硅藻土的特性

硅藻土是一种生物硅质沉积岩，主要由古硅藻遗骸组成。其化学成分主要是SiO2，含有少量的Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、P2O5和有机物。硅藻土的矿物成分主要是蛋白石及其变种，其次是粘土矿物、水云母、高岭石、应时、长石和有机质。

典型硅藻壳的扫描电镜照片:(a)圆叶小蓟；菌株；(c)巨藻门

中国硅藻土的资源特征

作为中国重要的非金属矿产资源，中国已探明的硅藻土储量(约4亿吨)仅次于美国，居世界第二、亚洲第一。拥有20亿吨的远景储量，有19个大中型硅藻土矿床和几个小型矿床。

中国超大型硅藻土矿床主要有:

(1)吉林省长白县马鞍山和西大坡的硅藻土矿床属于优质大型硅藻土矿床，硅藻壳含量高；

(2)浙江夏县硅藻土矿床。该矿区硅藻土产地单一，矿层连续性好，但粘土矿物和有机质含量高；

(3)云南寻甸先锋硅藻土矿有机质含量高，烧失量大。

(4)广东海康-徐闻硅藻土矿床。该矿区大部分硅藻壳保存完好，硅藻土纯度高。

虽然我国硅藻土资源丰富，但从质量上看，优质土壤的比例仍然较低。除吉林长白和云南腾冲的部分地区储存有原生硅藻土(SiO2含量在85%以上，可直接用作助滤剂和催化载体)外，我国大部分矿区的硅藻土为次生或第三纪土壤。这些低品位硅藻土富含粘土或有机质，需进一步提纯或深加工后才能应用。

因此，我国硅藻土资源具有以下特点:储量丰富，大中型矿床；产地高度集中，小矿床少；硅藻种类主要是淡水藻类，受矿床成因影响。优质矿床少，大部分矿区硅藻土杂质含量高。

硅藻土工业应用研究进展

硅藻土作为21世纪最环保、不可再生的环保新材料，被誉为& ldquo孕育生命的海底草原& rdquo。该矿物具有独特的多级开孔结构，孔径以大孔为主，含少量中孔，孔径分布范围宽，孔隙结构优良，吸附性能强；此外，生物质衍生矿物还具有骨架结构稳定、堆密度小、熔点高、热稳定性高、耐酸性强等优点。因此可广泛用于石油化工、环境、食品、建筑等领域，作为助滤剂、吸附、隔热和催化载体的材料。

(1)助滤剂

硅藻土在19世纪被用作助滤剂。Heddle等人获得了第一个以硅藻土为过滤材料的发明专利，德国成为世界上第一个生产硅藻土助滤剂的国家。随着20世纪硅藻土矿开发利用的普及，世界各国开始将硅藻土助滤剂应用于工业等各个领域。中国硅藻土助滤剂行业始于20世纪70年代。近年来，硅藻土助滤剂已广泛应用于医药、化工、食品和环保等各个领域。它对提高产品质量起着重要作用，具有良好的发展趋势。

王泽民等人根据硅藻土过滤机的生产工艺将硅藻土过滤机分为干燥产品、煅烧产品和熔剂煅烧产品。在三种助滤剂中，干燥后的产品(800℃以下干燥的原料)粒径最小，适合精细、清澈的过滤，是最适合啤酒的助滤剂。煅烧产物(原料在800-1200℃煅烧并粉碎，然后分阶段调整粒度)的透气性比干燥产物好得多。而熔剂烧成产物(原料中加入熔剂，900-1200℃煅烧，粉碎后分阶段调整粒度)在高温下硅藻土表面会很光滑& ldquo玻璃膜& rdquo其渗透性和过滤速度远优于干燥品和煅烧品，结构更稳定。

姚晨等研究了粗、中、细三种硅藻土助滤剂在头孢菌素C发酵液过滤中的应用，发现加入硅藻土助滤剂后发酵液的过滤速度和澄清度都有所提高，粗、中硅藻土助滤剂后的滤液过滤速度更快。经过细颗粒硅藻土助滤剂后，滤液透光率变好。易越等发现，不同的粒度和浸泡时间对硅藻土助滤剂(助熔剂煅烧产物)的性能影响很大，浸泡时间的增加会降低助滤剂的杂质阻隔性能，不利于硅藻土助滤剂；虽然粒径的减小可以提高过滤性能，但滤饼的阻力增大，导致过滤时间增加。

杜等提出用硅藻土作助滤剂过滤高粘度凝胶状无毒酶浓缩物。通过改变过滤速度、过滤浊度和& ldquo蛋糕形状& rdquo在滤饼比阻和湿度条件下，得到了硅藻土助滤剂的最佳助滤剂用量和压力，实现了硅藻土助滤剂在制药工业中的应用。

(2)多孔陶瓷

多孔陶瓷又称多孔功能陶瓷，是在骨料中加入粘结剂和增孔剂，通过成型和特殊高温烧结工艺制备的具有三维网络骨架的新型陶瓷材料。一般为蜂窝状、泡沫状，孔隙率在20% ~ 95%左右。由于多孔陶瓷材料具有孔隙率高、比表面积大、透气阻力小、再生性能好、耐高温和耐化学腐蚀等特点，近年来被广泛应用于过滤、环保材料、催化剂载体、隔热材料、生物材料和航空航天材料等领域。就多孔陶瓷而言，骨料和制备工艺是决定多孔陶瓷孔结构和理化性能的关键。与传统骨料(刚玉砂、碳化硅、硅线石和莫来石)相比，硅藻土具有明显的优势:天然多孔结构、价格低廉、化学性质稳定、耐酸腐蚀，是制备多孔陶瓷的天然原料。

张等采用注浆成型法制备硅藻土陶瓷坯体，研究了坯体烧结形成多孔陶瓷的动态过程。研究发现，多孔陶瓷的烧结过程分为三个阶段:1000℃以下烧结的块体没有明显的收缩，1050℃以上烧结的块体出现方石英相，1200℃以上烧结的块体出现明显的致密化。根据Makipirtti-Meng模型分析，1100-1150℃烧成的多孔陶瓷形貌和孔结构简单，而低温烧成的样品孔结构复杂。

高汝琴等在硅藻土陶瓷原料中添加一定量的电气石粉，通过湿法超细粉碎、半干压成型、低温煅烧等工艺制备出一种新型硅藻土多孔陶瓷。发现所制备的多孔陶瓷的孔径集中在200nm，孔隙率为41%。由于硅藻土多孔陶瓷吸附和电气石降解的协同作用，该多孔陶瓷材料对孔雀石绿的脱色率(90.8%)远高于不含电气石的硅藻土陶瓷材料。

(3)吸附材料

吸附主要取决于吸附质和吸附剂的界面。根据界面作用方式的不同，吸附可分为物理吸附和化学吸附。

表1物理吸附和化学吸附的比较

硅藻土作为吸附剂和吸附质之间的界面，主要有三种类型:

1)硅藻土具有独特的孔隙结构，比表面积大，孔隙率高，在孔隙中容易发生单分子或分子层的物理吸附；

2)硅藻土表面具有很强的电负性，在静电引力的作用下容易化学吸附重金属等一些阳离子；

3)硅藻土表面富含自由基，容易与吸附质发生化学键合。

利用硅藻土与吸附质的界面制备的吸附材料在环保领域应用广泛:制作废水处理剂，去除水中各种有机染料分子、重金属离子、污染油类、酶类、垃圾渗滤液等有机废水，改善水质，吸附拦截水中絮状颗粒污染物；还可制成杀菌剂、除臭剂、各种涂料等。，去除气态有机污染物，净化室内外气体，减少空气溶胶。此外，硅藻土也可用作保护性变换催化剂；可制成杀虫剂，吸附并杀死一些害虫；也可用作色谱分离柱的填料，提高色谱柱的动态洗脱效率。

袁等通过在硅藻土表面负载纳米四氧化三铁制备了硅藻土/纳米四氧化三铁复合材料，并探讨了该复合材料对废水中Cr6+的去除性能和动力学过程。结果表明，负载后硅藻土表面和孔道中出现了磁铁矿颗粒，纳米材料的团聚问题得到了改善。制备的复合材料中Cr6+的去除主要依靠静电吸附-氧化还原过程，高毒性的Cr6+被磁铁矿还原为低毒性的Cr3+。硅藻土/纳米四氧化三铁复合材料对Cr6+的吸附容量远高于原硅藻土。吸附等温线符合Langmuir模型，吸附动力学过程符合准二级动力学模型。

(4)催化载体

载体是负载活性组分的物质，其组成、表面酸碱性、比表面积和孔径分布直接影响催化剂的催化活性。催化剂中催化载体的作用主要包括:

1)为催化剂提供有效表面和合适的孔结构；

2)提高催化剂的机械强度和热稳定性，保证其在高温下不会失活；

3)增强催化剂的抗毒性能，部分载体还具有转移和分解毒物的功能；

4)减少催化剂用量，降低成本。

硅藻土是一种天然的优良载体材料。将催化剂负载在硅藻土表面，利用其多孔性和高比表面积，不仅可以增强催化剂的分散性能，还可以暴露更多的催化剂催化活性位，增加活性组分和反应物的接触几率和面积，提高催化剂的利用效率。硅藻土作为催化载体自20世纪60年代用作色谱柱的固定相载体以来，已广泛应用于氧化、聚合、加氢、脱氢、水合、裂解等化学反应和生物催化反应以及各种自由基反应，广泛应用于光、电、磁、声、热等各个领域。

贵金属或稀土金属(钒、锰、镍等。)是许多工业反应不可缺少的催化剂。硅藻土具有丰富的孔结构、热稳定性和高化学稳定性，可作为贵金属催化反应的理想载体。李等以硅藻土为载体，在硅藻土表面负载锰和钴，制备出高活性的MnOx/CoOx和复合金属催化剂。结果表明，金属以氧化物的形式存在于硅藻土表面，制备的催化剂促进液态臭氧分解产生更多的自由基，对硝基芳烃具有优异的矿化活性。

耿晓云等在硅藻土表面负载TiO2，探讨其对室内挥发性有机化合物苯的吸附性能，并比较不同载体对复合材料光催化性能的影响。结果表明，硅藻土/二氧化钛光催化反应400分钟后，苯的去除率为80%，重复使用5次后，苯的去除率降至67%。比较不同载体(活性炭、沸石等)的苯去除率。)/TiO2复合材料，发现复合材料的除苯性能与载体的吸附性能呈正相关，硅藻土单一的大孔结构使其除苯率低于活性炭/TiO2和沸石/TiO2复合材料。

程等认为硅藻土仅对苯具有吸附性能，而TiO2固定在硅藻土表面，复合材料对苯分子具有吸附和催化的协同作用；此外，苯的初始浓度、光照时间和强度以及室内湿度都会显著影响复合材料对苯的降解性能。