中國粉體網(wǎng)訊  硅藻土是億萬年前硅藻遺骸形成的生物成因硅質沉積巖，被譽為“孕育生命的海底草原”。

生活中硅藻土被大眾熟知，更多的是由硅藻土做成的墻面裝飾材料硅藻泥；廚房、衛(wèi)生間易積水處放置的硅藻土制作的地墊；以及女士常用的一些美容產(chǎn)品，如粉撲，磨砂和爽身粉。但硅藻土的應用絕不止這一點點……

來源：英格瓷

硅藻土的性質與應用

硅藻土是一種單細胞藻類，其形狀極為細小，一般只有幾微米到幾十微米。顏色為白色、灰白色和淺褐灰色等，主要物理性能是松散、質輕、多孔和滲透性強，熱穩(wěn)定性好，化學穩(wěn)定性好，而且是熱、電、聲的不良導體。其短程有序的微孔結構及活性二氧化硅組分，賦予了硅藻土獨特的吸附凈化、保溫隔熱、吸聲降噪、助濾/過濾等功能。

幾種海洋硅藻的掃描電子顯微鏡圖像

利用硅藻土的特性，目前硅藻土可生產(chǎn)過濾材料、保溫材料、功能填料、建筑材料、催化劑載體和水泥混合材料等制品，應用于食品、醫(yī)藥、化工、建材、環(huán)保、石油、冶金、造紙、橡膠、農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)等行業(yè)，產(chǎn)品達500余種之多。而且隨著技術的提升、產(chǎn)品的升級，硅藻土在戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)已經(jīng)展現(xiàn)出廣泛的應用前景。

硅藻土在戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中的關鍵應用

新能源領域

近年來硅藻類材料及其與其他納米材料的復合已經(jīng)產(chǎn)生了相當多的研究，顯示出它們在能量的轉換和存儲領域的巨大應用潛力。這包括廣泛的能源相關領域，如鋰離子電池材料、超級電容器、太陽能電池、儲氫性能和熱能儲存。科學家和工程師可以利用硅藻合成具有多功能特性的獨特的生物三維二氧化硅結構，將其用作低成本生物材料，并轉化成為用于能源生產(chǎn)和儲存應用的高價值材料。

在鋰離子電池材料上的應用：Guo等將硅藻土通過擦洗、煅燒及酸洗等多種處理方法綜合處理，制備得到單質多孔硅，采用溶劑熱法制備SiO₂/TiO₂復合材料和球磨法制備SiO/TiO₂復合材料。在實驗中可以發(fā)現(xiàn)在首次充放電容量方面，硅和SiO/TiO₂/Mg復合材料明顯高于SiO₂/TiO₂復合材料；在循環(huán)穩(wěn)定性方面，復合材料的循環(huán)性能高于多孔硅。

用于超級電容器：用MnO₂和NiO改性的硅藻用于電極應用的研究表明，控制硅藻表面上這些氧化物的形態(tài)對電極性能具有顯著的影響。張育新等和D.Losic團隊在硅基超級電容器開發(fā)做出進一步改進，基于硅藻硅形態(tài)學使用鎂熱還原通過硅藻二氧化硅轉化為硅，隨后使用水熱過程生長二氧化錳納米結構層。硅-氧化錳電極顯示出巨大的潛力，可用作低成本和高性能的超級電容器電極材料。

用于超級電容器的硅-二氧化錳材料合成示意圖

用于太陽能電池：硅藻不僅適用于DSSCs，而且適用于其他類型的太陽能電池。Chen等報道了硅藻葉綠素提取物的熱穩(wěn)定性較好，從而用作表面紋理硅太陽能電池上的旋涂防反射層。該團隊發(fā)現(xiàn)，沉積一層薄硅藻提取物層可以在350～1100nm的光譜范圍內(nèi)減少13%的反射。由于硅藻太陽能電池成本低、環(huán)境友好等特點，在太陽能電池中的應用前景廣闊，但仍需提高硅藻太陽能電池的轉換效率。

用于熱能儲存：在熱能儲存（TES）方法中，使用相變材料（PCM）實現(xiàn)的潛熱儲能是最有效的技術。而多孔材料可以調節(jié)室內(nèi)環(huán)境的相對濕度，使人感覺舒適，并減少能源消耗�？紤]到這一點，多孔硅藻土可被認為是一種能用于PCM的可行的候選材料，該材料可以用于經(jīng)濟和輕質材料熱能儲存。

新材料領域

硅藻土礦物具有較大的比表面積，合適的孔隙體積和較小的孔徑，是室溫下儲氫的理想物理吸附材料。研究硅藻土特定的多孔微結構對氫解吸特性的影響為進一步改善這些裝置的性能開辟了新的途徑。

生物醫(yī)藥領域

隨著研究的深入，硅藻土多孔結構能保持治療藥物的無定形，這對提高親脂藥物的溶解性和滲透性至關重要。硅藻土極具耐酸耐熱特性，優(yōu)異的生物相容性，無毒副作用，其得天獨厚的中空多孔微膠囊結構提供了更大的表面積，使其具有高的載藥量，成為開發(fā)納米藥物載體的理想選擇。硅藻土表面活性SiO2組分可以作為接枝點位進行多種生物醫(yī)藥功能化，可以有效克服傳統(tǒng)藥物的局限性，用于藥物靶向遞送、止血材料研發(fā)和組織工程等。硅藻土獨特的結構也啟發(fā)了新型納米結構材料的設計和生產(chǎn)，利用其光子等特性應用于各種醫(yī)學治療，例如生物傳感和微機器人，拓展了硅藻土在生物醫(yī)學應用方面的研究。

硅藻土載藥釋放機制

節(jié)能環(huán)保領域

硅藻土因具有大比表面積、高孔隙率和多級孔道結構等特點，使之具備優(yōu)良的表面吸附性能。硅藻土的重要用途是作為助濾劑，應用在啤酒、制藥、凈水、糖類等行業(yè)得到廣泛應用；硅藻土用于吸附工業(yè)生產(chǎn)廢水中的重金屬離子，也用于處理造紙廢水、印刷廢水、染布廢水、城鎮(zhèn)生活污水、殺豬廢水等；硅藻土基體負載納米TiO₂制備的新材料可用于制作室內(nèi)百葉窗以凈化空氣。

其它領域

信息技術領域：硅藻土用于電子封裝外用的管殼。

高端制造領域：用于飛機防熱部件的生產(chǎn)。

小結

硅藻土是一種儲量有限且不可再生、對人類社會可持續(xù)發(fā)展不可或缺的重要礦產(chǎn)資源，是一種與現(xiàn)代食品安全、生物制藥、健康環(huán)保、節(jié)能、新能源、高端制造等相關的重要非金屬礦產(chǎn)資源與功能礦物材料。應通過技術的提升，挖掘硅藻土的潛力，擴大其在戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中的應用層次。

參考資料：

李志威等.我國硅藻土礦利用現(xiàn)狀及開發(fā)利用對策

張育新等.硅藻土在新能源領域的應用

張育新等.硅藻土特性、提純及在生物醫(yī)藥領域中的應用

王春連等.戰(zhàn)略性非金屬礦產(chǎn)厘定、關鍵應用和供需形勢研究

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/黑金）

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