作者:刘晓倩 来源:中国科学报 发布时间:2013-11-28 9:21:57
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破解“土黄金”的“密码”
中科院兰州化物所研发新技术解离凹土棒晶束
 
■本报记者 刘晓倩
 
有一种神奇的土叫“凹土”,其“长相”与同类无异,却是一种稀缺的非金属矿产资源。在棕榈油原油中加入它,可使油品变清透,并过滤黄曲霉素等有害物;在塑料中加入它,产品不易老化还可阻燃;在沐浴液中加入凹土,泡沫细腻易清洗……
 
然而,凹土此前却被用作低附加值的干燥剂、吸附剂,以每吨900元低价销售。近日,记者从中科院兰州化学物理所获悉,该所研究员王爱勤与江苏一家企业合作,破解了凹土的“密码”,通过高压均质技术使凹土中的棒晶束解离,其开发的纳米无机凝胶新产品每吨可卖到4000元以上。
 
偶遇凹土
 
一次偶遇,让王爱勤与凹土结缘。
 
凹土,即凹凸棒石黏土,是在数千万年的地质形成过程中,黏土结构不断改变,由火山沉积变质形成的一种以凹凸棒石为主要成分的黏土矿物。
 
“我跟凹土是有缘分的。”王爱勤回忆道。2001年,王爱勤正在用膨润土开发保水剂,一位企业家带着凹土来到了实验室,称这种土的吸水性能可以达到1:300。作为一种非金属矿物质,王爱勤不用看也知道凹土不可能那么神奇,但是在显微镜下,他发现了另一份惊喜——凹土特殊的棒晶束结构。从此,王爱勤开始了长达十几年的凹土研究。
 
他们研制出的第一个产品就是加入凹土的复合保水剂,其成本低、耐盐碱性能比膨润土好。
 
经过7年实践,王爱勤发现了一个问题:为什么不同地区的凹土或同一地区不同矿层的凹土做出保水剂的保水程度不一样?2007年,王爱勤开始了对凹土微观结构的研究。
 
探秘微观结构
 
在王爱勤的实验室里,记者看到来自甘肃与江苏的两种凹土样本。产自甘肃的凹土颜色微红,产自江苏的凹土呈白色。王爱勤说,凹土的颜色与纯度无直接关系,只是红色凹土中有微量的三价铁离子,偏绿色则是伴生了铜离子。
 
凹土中最关键的微观结构是棒晶,在显微镜下,棒晶以棒晶束聚集,好似一堆稻草,科研人员要做的是在不破坏棒晶结构的前提下,把这些聚集在一起的稻草解开,一根一根地排列,这样才能发挥他们纳米材料的功效:发育完全的棒晶束胶体性能强,可以放在牙膏、沐浴液中;发育不完全的棒晶束吸附性能强,可以用作吸附剂。
 
经过多种处理方式试验后,王爱勤发现对辊、高速搅拌和酸处理结合可以使凹土中90%的棒晶束解离。
 
破解产业化密码
 
但在紧接着的中试中,新的问题产生了:在实验室里,很容易实现1万转的高速搅拌,但在工业化中,没有一种设备可以达到1万转。
 
在众多的设备选择中,王爱勤最后锁定了高压均质技术,它是通过瞬间碰撞,形成空穴效应,使得棒晶束解离而不损伤棒晶。王爱勤欣喜地对记者说,目前江苏正在建设5万吨工业生产线。
 
对于凹土未来的发展,王爱勤提出了“味精式”应用的概念:棒晶束解离后,只需在高分子材料中加入百分之一的凹土,就可以改善产品的力学性能、机械性能,使其更坚韧、更耐磨、可加工。
 
中国的凹土储量世界最高,江苏已探明储量占全国的74%、全世界的48%。王爱勤说:“目前,凹土产业的研发还处于初级阶段,通过科学研究,希望这种‘黄金资源’能够产生‘黄金效益’。”
 
《中国科学报》 (2013-11-28 第4版 综合)
 
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