日前，“第十一屆中國凹土高層論壇”召開(kāi)之際，在江蘇盱眙召開(kāi)了一場(chǎng)關(guān)于玉米赤霉烯酮吸附劑的新產(chǎn)品發(fā)布會(huì )，中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所與合作企業(yè)江蘇神力特生物科技股份有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)神力特公司）發(fā)布了最新研制生產(chǎn)的凹凸棒石玉米赤霉烯酮吸附劑，標志著(zhù)該產(chǎn)品已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化推廣階段。
“黏土礦物大多是采用傳統的擠壓、研磨、煅燒和篩分等加工工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品，產(chǎn)品的附加值很低，而許多黏土礦物是天然的一維或二維納米材料，傳統的處理方法釋放了黏土礦物的基本特性，但仍沒(méi)有實(shí)現納米特性的有效應用。”王愛(ài)勤研究員現任中科院蘭州化物所環(huán)境材料發(fā)展中心主任，多年來(lái)一直從事凹凸棒石高值研究。
3年前，江蘇神力特生物科技股份有限公司找到王愛(ài)勤，想合作開(kāi)發(fā)凹凸棒石玉米赤霉烯酮吸附劑，王愛(ài)勤提出的唯一要求是，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成功后要建一條全自動(dòng)的生產(chǎn)線(xiàn)。“只要產(chǎn)品性能達到國外同類(lèi)產(chǎn)品水平，這個(gè)沒(méi)問(wèn)題。”神力特公司董事長(cháng)黃正君表示。于是，雙方正式“牽手”。
王愛(ài)勤告訴《中國科學(xué)報》記者：“黏土礦物要實(shí)現‘華麗轉身’，產(chǎn)品性能穩定，必須向濕法、自控的新工藝轉型升級。”
濕法生產(chǎn)是高值利用的前提
凹土即凹凸棒石粘土，是一種稀缺的非金屬礦產(chǎn)資源。我國凹凸棒石資源儲量豐富，凹土被廣泛應用于吸附劑、催化劑、懸浮劑和功能材料等，堪稱(chēng)“土黃金”。從20世紀80年代以來(lái)，凹土產(chǎn)業(yè)的發(fā)展經(jīng)歷了起步、仿制和自主創(chuàng )新等階段。
作為我國凹凸棒石產(chǎn)業(yè)發(fā)展的代表，江蘇盱眙目前有凹凸棒石黏土加工企業(yè)55家，生產(chǎn)產(chǎn)品50余種，已經(jīng)形成了產(chǎn)業(yè)集群，但90%以上的企業(yè)采用干法或半干法生產(chǎn)，產(chǎn)品的附加值低，產(chǎn)品售價(jià)大多在1000~3000元/噸。
據王愛(ài)勤介紹，干法工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品性能完全取決于凹凸棒石的品位，而隨著(zhù)優(yōu)質(zhì)礦產(chǎn)資源的不斷減少，濕法工藝成為必然選擇。這是由于天然形成的凹凸棒石往往會(huì )同時(shí)共生其他礦物，尤其是含有石英砂，不除去石英砂和碳酸鹽等伴生礦物，就不能實(shí)現礦物材料到功能材料的應用。
為此，他們從礦物的含水量、對輥次數、制漿濃度到除砂目數、干燥方法和水的循環(huán)使用，開(kāi)展了系統的研發(fā)工作。在與江蘇玖川納米材料科技有限公司合作中試的過(guò)程中，由于試驗環(huán)節多、參數量大，合作企業(yè)甚至對這樣的工藝產(chǎn)生懷疑。
經(jīng)過(guò)歷時(shí)3年的反復試驗，2011年終于實(shí)現了凹凸棒石濕法的間歇式生產(chǎn)，凹凸棒石產(chǎn)品的售價(jià)達到了每噸5萬(wàn)元以上，合作企業(yè)露出了笑容。
王愛(ài)勤告訴記者，凹凸棒石棒晶是一種天然的一維納米材料，但較強的氫鍵和靜電作用力，使天然凹凸棒石棒晶大多以鳥(niǎo)巢狀或柴垛狀聚集，成為制約凹凸棒石黏土產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸因素。
“我們開(kāi)發(fā)的對輥處理—制漿提純—高壓均質(zhì)—乙醇交換一體化工藝，在保持凹凸棒石固有長(cháng)徑比前提下，成功實(shí)現了棒晶束的高效解離，棒晶達到納米級分散，是真正意義上的納米材料，這是高值化利用的前提。”王愛(ài)勤說(shuō)。
在間歇式濕法工藝取得突破后，王愛(ài)勤的研究團隊又與江蘇惠達礦業(yè)有限公司開(kāi)展了凹凸棒石棕櫚油脫色劑的開(kāi)發(fā)工作。這是將機械處理、提純處理與表面無(wú)機或有機改性等工藝相結合，成功實(shí)現了連續制漿改性，大大縮短了工藝流程。
提及濕法工藝，人們總將其與廢水污染聯(lián)系起來(lái)。王愛(ài)勤告訴記者，與二維黏土礦物不同，凹凸棒石是一維棒狀形貌，改性過(guò)程是在棒晶表面上改變表面電荷，再加上均質(zhì)過(guò)程的促進(jìn)效應，所需要的改性劑量較小，同時(shí)工藝過(guò)程中的水可循環(huán)使用，不會(huì )對環(huán)境造成污染。
“吸毒劑”：玉米赤霉烯酮吸附劑
玉米赤霉烯酮廣泛存在于霉變的玉米、高粱等谷類(lèi)作物中，動(dòng)物食用后主要表現為慢性毒性、致癌作用、生殖毒性、發(fā)育毒性及遺傳毒性，可引起動(dòng)物流產(chǎn)、死胎、返情等生殖異?，F象。
吸附法是目前去除毒素最有效的方法之一，但已有的產(chǎn)品主要是采用蒙脫石、高嶺土、伊利石和沸石等研制的，對玉米赤霉烯酮的吸附率都較低，而凹凸棒石在霉菌毒素吸附方面仍是空白。
作為國內最早開(kāi)展凹凸棒石研究的單位之一，中科院蘭州化物所已先后出版了《凹凸棒石黏土應用研究》和《凹凸棒石棒晶束解離及其納米功能復合材料》兩本專(zhuān)著(zhù)。在凹凸棒石微觀(guān)結構與構效關(guān)系基礎上，針對玉米赤霉烯酮的分子結構和極性，采用凹凸棒石棒晶束“拆”與“裝”的原理，實(shí)現了凹凸棒石對玉米赤霉烯酮的定向吸附，且不會(huì )對飼料中的礦物質(zhì)、維生素等營(yíng)養成分進(jìn)行吸附。
在完成實(shí)驗室工藝定型后，合作雙方就如何建自控生產(chǎn)線(xiàn)展開(kāi)了討論。由于自控系統資金投入較大，企業(yè)期望設備選型適中即好，而王愛(ài)勤團隊堅持高投入、高水準、全自動(dòng)，經(jīng)過(guò)多輪討論最終采用了自控方案。2015年底在公司建成了全自控1萬(wàn)噸/年生產(chǎn)線(xiàn)，產(chǎn)品經(jīng)用戶(hù)應用后其效果達到國外同類(lèi)高端產(chǎn)品性能。
一直以來(lái)，應對各種霉菌毒素的危害是畜牧業(yè)工作者的一大難題。凹凸棒石玉米赤霉烯酮吸附劑項目上接凹凸棒石資源高值化利用，后促畜禽養殖產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展，同時(shí)還能實(shí)現我國高端霉菌毒素吸附劑自主產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，突破國外產(chǎn)品在此領(lǐng)域的技術(shù)和市場(chǎng)壟斷，對食品安全和人類(lèi)健康都能發(fā)揮積極的作用。
邁向工藝智能化
近日，中國建筑材料聯(lián)合會(huì )印發(fā)了《建筑材料工業(yè)“十三五”科技發(fā)展規劃》。在分析存在的問(wèn)題時(shí)，《規劃》指出，“我國黏土礦物材料產(chǎn)品附加值低，產(chǎn)品性能還不能滿(mǎn)足實(shí)際需求，信息化處于發(fā)展階段，智能化還在探索當中”。“工藝自主創(chuàng )新不足且缺乏連貫性和系統性，難以引發(fā)或推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈的整體創(chuàng )新”。
在“第十一屆中國凹土高層論壇”開(kāi)幕式上，中科院蘭化所與神力特公司又簽署長(cháng)期合作協(xié)議。“我們只是黏土礦物智能化工藝的探索者和實(shí)踐者?，F在，雙方強強聯(lián)合，將進(jìn)一步研發(fā)系列新產(chǎn)品，提升工藝自動(dòng)化水平，該研究?jì)热菀驯涣袨檠芯克?lsquo;一三五’規劃中的三個(gè)重點(diǎn)突破方向之一。”中科院蘭州化物所所長(cháng)夏春谷研究員告訴記者。
王愛(ài)勤表示，團隊接下來(lái)將與神力特公司繼續完善技術(shù)工作，進(jìn)一步提升工藝的智能化水平。
他期望，濕法自控工藝能推動(dòng)更多凹土企業(yè)從傳統工藝向智能化生產(chǎn)邁進(jìn)，并帶來(lái)顯著(zhù)的經(jīng)濟效益、社會(huì )效益和環(huán)境效益。
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