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破解“土黃金”的“密碼”——中科院蘭州化物所研發(fā)新技術(shù)解離凹土棒晶束
本報記者 劉曉倩有一種神奇的土叫“凹土”，其“長(cháng)相”與同類(lèi)無(wú)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(guò)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(jià)銷(xiāo)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(ài)勤與江蘇一家企業(yè)合作，破解了凹土的“密碼”，通過(guò)高壓均質(zhì)技術(shù)使凹土中的棒晶束解離，其開(kāi)發(fā)的納米無(wú)機凝膠新產(chǎn)品每噸可賣(mài)到4000元以上。
偶遇凹土
一次偶遇，讓王愛(ài)勤與凹土結緣。
凹土，即凹凸棒石黏土，是在數千萬(wàn)年的地質(zhì)形成過(guò)程中，黏土結構不斷改變，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?！蓖鯋?ài)勤回憶道。2001年，王愛(ài)勤正在用膨潤土開(kāi)發(fā)保水劑，一位企業(yè)家帶著(zhù)凹土來(lái)到了實(shí)驗室，稱(chēng)這種土的吸水性能可以達到1：300。作為一種非金屬礦物質(zhì)，王愛(ài)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)現了另一份驚喜——凹土特殊的棒晶束結構。從此，王愛(ài)勤開(kāi)始了長(cháng)達十幾年的凹土研究。
他們研制出的第一個(gè)產(chǎn)品就是加入凹土的復合保水劑，其成本低、耐鹽堿性能比膨潤土好。
經(jīng)過(guò)7年實(shí)踐，王愛(ài)勤發(fā)現了一個(gè)問(wèn)題：為什么不同地區的凹土或同一地區不同礦層的凹土做出保水劑的保水程度不一樣？2007年，王愛(ài)勤開(kāi)始了對凹土微觀(guān)結構的研究。
探秘微觀(guān)結構
在王愛(ài)勤的實(shí)驗室里，記者看到來(lái)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(ài)勤說(shuō)，凹土的顏色與純度無(wú)直接關(guān)系，只是紅色凹土中有微量的三價(jià)鐵離子，偏綠色則是伴生了銅離子。
凹土中最關(guān)鍵的微觀(guān)結構是棒晶，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構的前提下，把這些聚集在一起的稻草解開(kāi)，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(guò)多種處理方式試驗后，王愛(ài)勤發(fā)現對輥、高速攪拌和酸處理結合可以使凹土中90%的棒晶束解離。
破解產(chǎn)業(yè)化密碼
但在緊接著(zhù)的中試中，新的問(wèn)題產(chǎn)生了：在實(shí)驗室里，很容易實(shí)現1萬(wàn)轉的高速攪拌，但在工業(yè)化中，沒(méi)有一種設備可以達到1萬(wàn)轉。
在眾多的設備選擇中，王愛(ài)勤最后鎖定了高壓均質(zhì)技術(shù)，它是通過(guò)瞬間碰撞，形成空穴效應，使得棒晶束解離而不損傷棒晶。王愛(ài)勤欣喜地對記者說(shuō)，目前江蘇正在建設5萬(wàn)噸工業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)。
對于凹土未來(lái)的發(fā)展，王愛(ài)勤提出了“味精式”應用的概念：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(ài)勤說(shuō)：“目前，凹土產(chǎn)業(yè)的研發(fā)還處于初級階段，通過(guò)科學(xué)研究，希望這種‘黃金資源’能夠產(chǎn)生‘黃金效益’?！?/div>
《中國科學(xué)報》 (2013-11-28 第4版 綜合)
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