中國(guó)粉體網(wǎng)訊  硅藻土是億萬(wàn)年前硅藻遺骸形成的生物成因硅質(zhì)沉積巖，被譽(yù)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(yīng)用絕不止這一點(diǎn)點(diǎn)……

來(lái)源：英格瓷

硅藻土的性質(zhì)與應(yīng)用

硅藻土是一種單細(xì)胞藻類(lèi)，其形狀極為細(xì)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(zhì)輕、多孔和滲透性強(qiáng)，熱穩(wěn)定性好，化學(xué)穩(wěn)定性好，而且是熱、電、聲的不良導(dǎo)體。其短程有序的微孔結(jié)構(gòu)及活性二氧化硅組分，賦予了硅藻土獨(dú)特的吸附凈化、保溫隔熱、吸聲降噪、助濾/過(guò)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(guò)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(yīng)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(dá)500余種之多。而且隨著技術(shù)的提升、產(chǎn)品的升級(jí)，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(yīng)用前景。

硅藻土在戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中的關(guān)鍵應(yīng)用

新能源領(lǐng)域

近年來(lái)硅藻類(lèi)材料及其與其他納米材料的復(fù)合已經(jīng)產(chǎn)生了相當(dāng)多的研究，顯示出它們?cè)谀芰康霓D(zhuǎn)換和存儲(chǔ)領(lǐng)域的巨大應(yīng)用潛力。這包括廣泛的能源相關(guān)領(lǐng)域，如鋰離子電池材料、超級(jí)電容器、太陽(yáng)能電池、儲(chǔ)氫性能和熱能儲(chǔ)存�？茖W(xué)家和工程師可以利用硅藻合成具有多功能特性的獨(dú)特的生物三維二氧化硅結(jié)構(gòu)，將其用作低成本生物材料，并轉(zhuǎn)化成為用于能源生產(chǎn)和儲(chǔ)存應(yīng)用的高價(jià)值材料。

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

用于超級(jí)電容器：用MnO₂和NiO改性的硅藻用于電極應(yīng)用的研究表明，控制硅藻表面上這些氧化物的形態(tài)對(duì)電極性能具有顯著的影響。張育新等和D.Losic團(tuán)隊(duì)在硅基超級(jí)電容器開(kāi)發(fā)做出進(jìn)一步改進(jìn)，基于硅藻硅形態(tài)學(xué)使用鎂熱還原通過(guò)硅藻二氧化硅轉(zhuǎn)化為硅，隨后使用水熱過(guò)程生長(zhǎng)二氧化錳納米結(jié)構(gòu)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(jí)電容器電極材料。

用于超級(jí)電容器的硅-二氧化錳材料合成示意圖

用于太陽(yáng)能電池：硅藻不僅適用于DSSCs，而且適用于其他類(lèi)型的太陽(yáng)能電池。Chen等報(bào)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(yáng)能電池上的旋涂防反射層。該團(tuán)隊(duì)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(yáng)能電池成本低、環(huán)境友好等特點(diǎn)，在太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用前景廣闊，但仍需提高硅藻太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率。

用于熱能儲(chǔ)存：在熱能儲(chǔ)存（TES）方法中，使用相變材料（PCM）實(shí)現(xiàn)的潛熱儲(chǔ)能是最有效的技術(shù)。而多孔材料可以調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境的相對(duì)濕度，使人感覺(jué)舒適，并減少能源消耗。考慮到這一點(diǎn)，多孔硅藻土可被認(rèn)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(jì)和輕質(zhì)材料熱能儲(chǔ)存。

新材料領(lǐng)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(chǔ)氫的理想物理吸附材料。研究硅藻土特定的多孔微結(jié)構(gòu)對(duì)氫解吸特性的影響為進(jìn)一步改善這些裝置的性能開(kāi)辟了新的途徑。

生物醫(yī)藥領(lǐng)域

隨著研究的深入，硅藻土多孔結(jié)構(gòu)能保持治療藥物的無(wú)定形，這對(duì)提高親脂藥物的溶解性和滲透性至關(guān)重要。硅藻土極具耐酸耐熱特性，優(yōu)異的生物相容性，無(wú)毒副作用，其得天獨(dú)厚的中空多孔微膠囊結(jié)構(gòu)提供了更大的表面積，使其具有高的載藥量，成為開(kāi)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(diǎn)位進(jìn)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(dú)特的結(jié)構(gòu)也啟發(fā)了新型納米結(jié)構(gòu)材料的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，利用其光子等特性應(yīng)用于各種醫(yī)學(xué)治療，例如生物傳感和微機(jī)器人，拓展了硅藻土在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面的研究。

硅藻土載藥釋放機(jī)制

節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域

硅藻土因具有大比表面積、高孔隙率和多級(jí)孔道結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)，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(yīng)用在啤酒、制藥、凈水、糖類(lèi)等行業(yè)得到廣泛應(yīng)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(fù)載納米TiO₂制備的新材料可用于制作室內(nèi)百葉窗以?xún)艋�空氣�?/p>

其它領(lǐng)域

信息技術(shù)領(lǐng)域：硅藻土用于電子封裝外用的管殼。

高端制造領(lǐng)域：用于飛機(jī)防熱部件的生產(chǎn)。

小結(jié)

硅藻土是一種儲(chǔ)量有限且不可再生、對(duì)人類(lèi)社會(huì)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(guān)的重要非金屬礦產(chǎn)資源與功能礦物材料。應(yīng)通過(guò)技術(shù)的提升，挖掘硅藻土的潛力，擴(kuò)大其在戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用層次。

參考資料：

李志威等.我國(guó)硅藻土礦利用現(xiàn)狀及開(kāi)發(fā)利用對(duì)策

張育新等.硅藻土在新能源領(lǐng)域的應(yīng)用

張育新等.硅藻土特性、提純及在生物醫(yī)藥領(lǐng)域中的應(yīng)用

王春連等.戰(zhàn)略性非金屬礦產(chǎn)厘定、關(guān)鍵應(yīng)用和供需形勢(shì)研究

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/黑金）

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