硅藻土的环境运用

TiO2

硅藻土作为载体及/硅藻土光催化材料

负载的应用研究

TiO2摘要：简要介绍硅藻土作为几种载体在几个不同领域的应用，着重探究/硅藻土复

合光催化材料的功能应用以及硅藻土作为此种材料负载的优势。结果表明，硅藻土是一种

极具前景的载体材料，不仅在环保、食品、化工等领域可广泛应用，且在光催化功能材料

这一研究层面也有不可小觑的价值。

二氧化钛

关键词：硅藻土载体光催化

0 引言

近年来，硅藻土在助滤剂、保温材料及填料等方面的应用十分广泛。但是由于硅藻土

具有独特的硅藻微孔壳体结构及较强的吸附性，使其具有许多特殊的技术和物理性能，是

一种得天独厚的载体材料，使其在载体领域有很大潜力，若对其进行深加工，将会在实际

生产生活中降低制品成本并获取较大效益。

1 硅藻土资源概况

硅藻土是一种生物成因的硅质沉积岩石，主要由古代硅藻遗骸组成。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、高岭土和矿物碎屑。矿物碎屑有

石英、长石、黑云母及有机质等。颜色为白色、灰白色、灰色和浅灰褐色等，具有细腻、

松散、质轻、多孔、吸水和渗透性强的特性。

硅藻土广泛分布在中国、美国、丹麦、法国、苏联、罗马尼亚等国。我国硅藻土储量

丰富，仅次于美国，居世界第二。硅藻土最早是在1935年首先由杨钟健教授在山东省的临

胸县发现的，随后, 在吉林、浙江、云南又有了新的发现[1]。我国的硅藻土资源，保守估

计，目前我国已在14 个省市自治区发现硅藻土矿70 余处，已探明储量4. 06 亿吨，远景

储量超过20 亿吨。在吉林长白、内蒙、广东徐闻、云南腾冲4 处发现了优质硅藻土，其

中吉林长白是世界上储量达上千万吨的优质硅藻土产地之一[2]。我国的硅藻土资源分布虽

广，但优质矿土区较少，其他矿床大多数为3~4级土，由于杂质含量高，不能直接深加工

利用。

2 载体硅藻土的应用

2.1　抗菌剂载体的应用

2.1.1 实验过程

1

参考郭秀瑞等所做的实验。试验选用内蒙古化德产的硅藻土精土。

首先将硅藻土干燥，用气流磨超细到1 250 目，在900℃以下煅烧后，用酸处理，得

到堆密度为0.39g/mL 的优质硅藻土。处理后的硅藻土比表面积大，孔隙率高，吸附率大。

把无机抗菌剂用溶液按一定比例溶解后，分为两份，一份待用，为抗菌液。另一份按一定

比例加入优质硅藻土，搅拌均匀，即为硅藻土载体抗菌剂。将硅藻土载体抗菌剂和抗菌液

分别按不同量加到金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、痢疾杆菌、绿胺杆菌、炭疽杆菌的培养皿

中。进行不同时间的抑菌实验。

由于该硅藻土精土具有孔隙率高、比表面积大、对液体的吸附率高的特点，将其加入

到高速搅拌机中，在搅拌过程中用雾化器加入一定量的无机抗菌剂溶液或无滴剂溶液，搅

拌一定时间后，即得载体抗菌剂或载体无滴剂产品。

2.1.2 实验结论

表1 不同时间、不同量的硅藻土载体抗菌剂与抑菌环大小的关系[3]

表2 不同时间、不同量的抗菌液与抑菌环大小的关系[3]

对表1和表2进行分析对比，可以看出经特殊处理的硅藻土孔隙率很高，对液体的吸附能力强，可以做为吸附载体来使用。其中的机理是硅藻土将抗菌液吸附到孔隙内，对抗菌液

起到了保护作用，还可起到缓释的作用，使其抑菌效果能较长期保持。从表1中可以看出2d 和40d的各种细菌培养皿中抑菌环的大小基本一样，没有十分明显的变化。由此可以说明硅藻土载体抗菌剂能起到缓释长效的作用。并且从表中还可以看出载体抗菌剂加入的量。

2.2 催化剂载体的应用

2.2.1 载体成分

硫酸生产用的钒催化剂是以V2O5 为活性组分，以K2O、Na2O 为助催化剂，以硅藻土为载体，另外添加一种或几添加剂制成的。有V2O5、K2SO4、Na2SO4 、Fe2O3，其中SiO2 ( 硅藻土) 占62% ~ 70%，烧失量 3. 5% 。

2.2.2 载体要求

硅藻土作为钒催化剂的载体需要达到以下要求:

（1）载体要有支撑作用，并且有较好的可塑性，能制成所需要的形状，如圆柱、环形，并且具有较高的机械强度；

（2）载体要有分散作用，能把V2O5 分散在硅藻土中，并保持其不变；

（3）载体要有热稳定作用，防止V2O5 在高温下发生半熔现象，使得活性组分V2O5 发生转移，所以不仅强度要高，性能还要稳定。各种型号的钒催化剂，最低使用温度为390℃ ~430 ℃，最高温度为610℃~ 660 ℃，因此，要求硅藻土必须有良好的热稳定性和足够的耐热性；

（4）载体还要不含有毒物质氟和砷。为此，对作钒催化剂载体的硅藻土要求是：颜色应黄白、白色，孔结构要好，比表面积要大，SiO2 > 65%，烧失量<10% 。应该强调的是，SiO2 的含量并不是决定作催化剂载体的最重要指标，决定性的重要指标是微孔结构，而微孔结构是由硅藻植物群决定的。

2.2.3 小结

硅藻土作为以非晶质SiO2硅藻壳体为主要成分的天然材料来制造催化剂载体，具有较

好的化学稳定性和热稳定性，硅藻土载体适宜制造热惰性、低比表面积的催化剂，广泛地

用于氧化、还原、加氢、脱氢、水合、聚合、羟基化、硫化等反应类型的气固相或液相的

非均相催化反应中。催化剂的制备工艺宜采用吸附或涂布，一般这类型催化剂的最大比表

面积不会大于90m2/g，比表面积小的催化剂其比表面积仅有5~6m2/g。

2.3 农药载体的应用

2.3.1载体要求

由于农药浓度很大，不能直接施用，要借助载体将其均匀分散，延长持效期，以便施用，因此对其载体的基本要求是：

（1）化学性质要稳定，不能与农药发生化学反应，不能含有毒物质氟、砷和铅等，也不能含有对作物有危害的组分；

（2）要有支撑作用，能制成所需要的形状，如粒状、粉状等，而且破碎率要低；

（3）有分散药剂的作用，而且吸药值要高；

（4）在水中润湿性好，崩解快；

（5）吸油率高，悬浮率高，吸湿率低；

（6）有微孔结构，孔容大，比表面积大，有良好的吸附作用，能充分吸附配入的农药，并且贮存在微孔中缓慢释放，因此，持效期长，使其成为长效农药。

2.3.2 载体优势

传统的农药载体为膨润土、滑石、陶土等，生产时需添加三聚磷酸钠和烷基苯磺酸钠

等价格昂贵的化学助剂，因而生产成本高，而且吸药值低。而用硅藻土作载体，吸药值可

提高１倍，而且破碎率低，水中溶解快，质量明显提高。由于硅藻土有独特的有序排列的

纳米微孔结构，孔容大，比表面积大，吸油率高，因此在喷施载药时，药剂很容易向载体

内部纳米微孔中渗透扩散，均匀的分布在硅藻土中，所以持效期长，其效果比膨润土好。

2.3.3 载体工艺流程

作农药载体的硅藻土，最基本的生产工艺[4]流程如下：

原土→粗选→干燥→粉碎→风选分级→包装（干燥品）

↓

煅烧→粉碎→风选分级→包装（煅烧品）

该工艺要求：①原土ＳｉＯ２＞６０％；②产品必须是干燥品或煅烧品，水份

＜５％；③产品细度４００目，筛余＜５％；④煅烧品的煅烧温度以６００～８００℃为宜。

2.3.4 载药机理分析

硅藻土是由单细胞低等水生植物硅藻死后的遗骸堆积而成的，本质是无定型的非晶质