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硅藻土在战略性新兴产业中的关键应用

发表时间: 2022-07-06 10:05:36

作者: 广州市黄埔天泰化轻有限公司

来源: 天泰粉体

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生活中硅藻土被大众熟知,更多的是由硅藻土做成的墙面装饰材料硅藻泥;厨房、卫生间易积水处放置的硅藻土制作的地垫;以及女士常用的一些美容产品,如粉扑,磨砂和爽身粉。但硅藻土的应用绝不止这一点点……

生活中硅藻土被大众熟知,更多的是由硅藻土做成的墙面装饰材料硅藻泥;厨房、卫生间易积水处放置的硅藻土制作的地垫;以及女士常用的一些美容产品,如粉扑,磨砂和爽身粉。但硅藻土的应用绝不止这一点点……

一、硅藻土的性质与应用

硅藻土是一种单细胞藻类,其形状极为细小,一般只有几微米到几十微米。颜色为白色、灰白色和浅褐灰色等,主要物理性能是松散、质轻、多孔和渗透性强,热稳定性好,化学稳定性好,而且是热、电、声的不良导体。其短程有序的微孔结构及活性二氧化硅组分,赋予了硅藻土独特的吸附净化、保温隔热、吸声降噪、助滤/过滤等功能。

利用硅藻土的特性,目前硅藻土可生产过滤材料、保温材料、功能填料、建筑材料、催化剂载体和水泥混合材料等制品,应用于食品、医药、化工、建材、环保、石油、冶金、造纸、橡胶、农业、畜牧业等行业,产品达500余种之多。而且随着技术的提升、产品的升级,硅藻土在战略性新兴产业已经展现出广泛的应用前景。

二、硅藻土在战略性新兴产业中的关键应用

1.新能源领域

近年来硅藻类材料及其与其他纳米材料的复合已经产生了相当多的研究,显示出它们在能量的转换和存储领域的巨大应用潜力。这包括广泛的能源相关领域,如锂离子电池材料、超级电容器、太阳能电池、储氢性能和热能储存。科学家和工程师可以利用硅藻合成具有多功能特性的独特的生物三维二氧化硅结构,将其用作低成本生物材料,并转化成为用于能源生产和储存应用的高价值材料。

 

在锂离子电池材料上的应用:研究人员通过擦洗、煅烧及酸洗等多种处理方法综合处理,制备得到单质多孔硅,采用溶剂热法制备SiO2/TiO2复合材料和球磨法制备SiO/TiO2复合材料。在实验中可以发现在首次充放电容量方面,硅和SiO/TiO2/Mg复合材料明显高于SiO2/TiO2复合材料;在循环稳定性方面,复合材料的循环性能高于多孔硅。


用于超级电容器:MnO2NiO改性的硅藻用于电极应用的研究表明,控制硅藻表面上这些氧化物的形态对电极性能具有显著的影响。张育新等和D.Losic团队在硅基超级电容器开发做出进一步改进,基于硅藻硅形态学使用镁热还原通过硅藻二氧化硅转化为硅,随后使用水热过程生成二氧化锰纳米结构层。硅-氧化锰电极显示出巨大的潜力,可用作低成本和高性能的超级电容器电极材料。

用于太阳能电池:硅藻不仅适用于DSSCs,而且适用于其他类型的太阳能电池。某研究团队报道了硅藻叶绿素提取物的热稳定性较好,从而用作表面纹理硅太阳能电池上的旋涂防反射层。该团队发现,沉积一层薄硅藻提取物层可以在3501100nm的光谱范围内减少13%的反射。由于硅藻太阳能电池成本低、环境友好等特点,在太阳能电池中的应用前景广阔,但仍需提高硅藻太阳能电池的转换效率。

 

用于热能储存:在热能储存(TES)方法中,使用相变材料(PCM)实现的潜热储能是最有效的技术。而多孔材料可以调节室内环境的相对湿度,使人感觉舒适,并减少能源消耗。考虑到这一点,多孔硅藻土可被认为是一种能用于PCM的可行的候选材料,该材料可以用于经济和轻质材料热能储存。

2.新材料领域

硅藻土矿物具有较大的比表面积,合适的孔隙体积和较小的孔径,是室温下储氢的理想物理吸附材料。研究硅藻土特定的多孔微结构对氢解吸特性的影响为进一步改善这些装置的性能开辟了新的途径。

3.生物医药领域

随着研究的深入,硅藻土多孔结构能保持治疗药物的无定形,这对提高亲脂药物的溶解性和渗透性至关重要。硅藻土极具耐酸耐热特性,优异的生物相容性,无毒副作用,其得天独厚的中空多孔微胶囊结构提供了更大的表面积,使其具有高的载药量,成为开发纳米药物载体的理想选择。硅藻土表面活性SiO2组分可以作为接枝点位进行多种生物医药功能化,可以有效克服传统药物的局限性,用于药物靶向递送、止血材料研发和组织工程等。硅藻土独特的结构也启发了新型纳米结构材料的设计和生产,利用其光子等特性应用于各种医学治疗,例如生物传感和微机器人,拓展了硅藻土在生物医学应用方面的研究。

4.节能环保领域

硅藻土因具有大比表面积、高孔隙率和多级孔道结构等特点,使之具备优良的表面吸附性能。硅藻土的重要用途是作为助滤剂,应用在啤酒、制药、净水、糖类等行业得到广泛应用;硅藻土用于吸附工业生产废水中的重金属离子,也用于处理造纸废水、印刷废水、染布废水、城镇生活污水、杀猪废水等;硅藻土基体负载纳米TiO2制备的新材料可用于制作室内百叶窗以净化空气。

5.其它领域

信息技术领域:硅藻土用于电子封装外用的管壳。

高端制造领域:用于飞机防热部件的生产。

硅藻土在战略性新兴产业中的关键应用
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