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中科院蘭州化物所研發(fā)新技術(shù)解離凹土棒晶束

時間:2013-11-28來1源:博士人才網(wǎng) 作者:91boshi
有一種神奇的土叫“凹土”,其“長相”與同類無異,卻是一種稀缺的非金屬礦產(chǎn)資源。在棕櫚油原油中加入它,可使油品變清透,并過濾黃曲霉素等有害物;在塑料中加入它,產(chǎn)品不易老化還可阻燃;在沐浴液中加入凹土,泡沫細(xì)膩易清洗……
 
然而,凹土此前卻被用作低附加值的干燥劑、吸附劑,以每噸900元低價銷售。近日,記者從中科院蘭州化學(xué)物理所獲悉,該所研究員王愛勤與江蘇一家企業(yè)合作,破解了凹土的“密碼”,通過高壓均質(zhì)技術(shù)使凹土中的棒晶束解離,其開發(fā)的納米無機凝膠新產(chǎn)品每噸可賣到4000元以上。
 
偶遇凹土
 
一次偶遇,讓王愛勤與凹土結(jié)緣。
 
凹土,即凹凸棒石黏土,是在數(shù)千萬年的地質(zhì)形成過程中,黏土結(jié)構(gòu)不斷改變,由火山沉積變質(zhì)形成的一種以凹凸棒石為主要成分的黏土礦物。
 
“我跟凹土是有緣分的。”王愛勤回憶道。2001年,王愛勤正在用膨潤土開發(fā)保水劑,一位企業(yè)家?guī)е纪羴淼搅藢嶒炇�,稱這種土的吸水性能可以達(dá)到1:300。作為一種非金屬礦物質(zhì),王愛勤不用看也知道凹土不可能那么神奇,但是在顯微鏡下,他發(fā)現(xiàn)了另一份驚喜——凹土特殊的棒晶束結(jié)構(gòu)。從此,王愛勤開始了長達(dá)十幾年的凹土研究。
 
他們研制出的第一個產(chǎn)品就是加入凹土的復(fù)合保水劑,其成本低、耐鹽堿性能比膨潤土好。
 
經(jīng)過7年實踐,王愛勤發(fā)現(xiàn)了一個問題:為什么不同地區(qū)的凹土或同一地區(qū)不同礦層的凹土做出保水劑的保水程度不一樣?2007年,王愛勤開始了對凹土微觀結(jié)構(gòu)的研究。
 
探秘微觀結(jié)構(gòu)
 
在王愛勤的實驗室里,記者看到來自甘肅與江蘇的兩種凹土樣本。產(chǎn)自甘肅的凹土顏色微紅,產(chǎn)自江蘇的凹土呈白色。王愛勤說,凹土的顏色與純度無直接關(guān)系,只是紅色凹土中有微量的三價鐵離子,偏綠色則是伴生了銅離子。
 
凹土中最關(guān)鍵的微觀結(jié)構(gòu)是棒晶,在顯微鏡下,棒晶以棒晶束聚集,好似一堆稻草,科研人員要做的是在不破壞棒晶結(jié)構(gòu)的前提下,把這些聚集在一起的稻草解開,一根一根地排列,這樣才能發(fā)揮他們納米材料的功效:發(fā)育完全的棒晶束膠體性能強,可以放在牙膏、沐浴液中;發(fā)育不完全的棒晶束吸附性能強,可以用作吸附劑。
 
經(jīng)過多種處理方式試驗后,王愛勤發(fā)現(xiàn)對輥、高速攪拌和酸處理結(jié)合可以使凹土中90%的棒晶束解離。
 
破解產(chǎn)業(yè)化密碼
 
但在緊接著的中試中,新的問題產(chǎn)生了:在實驗室里,很容易實現(xiàn)1萬轉(zhuǎn)的高速攪拌,但在工業(yè)化中,沒有一種設(shè)備可以達(dá)到1萬轉(zhuǎn)。
 
在眾多的設(shè)備選擇中,王愛勤最后鎖定了高壓均質(zhì)技術(shù),它是通過瞬間碰撞,形成空穴效應(yīng),使得棒晶束解離而不損傷棒晶。王愛勤欣喜地對記者說,目前江蘇正在建設(shè)5萬噸工業(yè)生產(chǎn)線。
 
對于凹土未來的發(fā)展,王愛勤提出了“味精式”應(yīng)用的概念:棒晶束解離后,只需在高分子材料中加入百分之一的凹土,就可以改善產(chǎn)品的力學(xué)性能、機械性能,使其更堅韌、更耐磨、可加工。
 
中國的凹土儲量世界最高,江蘇已探明儲量占全國的74%、全世界的48%。王愛勤說:“目前,凹土產(chǎn)業(yè)的研發(fā)還處于初級階段,通過科學(xué)研究,希望這種‘黃金資源’能夠產(chǎn)生‘黃金效益’。”

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