黏土礦物/生物炭復(fù)合材料微觀形貌

近日,，由中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所承擔(dān)“窯街煤電油頁巖半焦綜合利用產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)研究”項目順利通過蘭州市科技局組織的專家驗收。驗收組聽取了項目匯報,，審閱了驗收材料,，經(jīng)質(zhì)詢和討論一致認為，該項目完成了任務(wù)合同書規(guī)定的各項工作任務(wù)和考核指標,，項目經(jīng)費使用合規(guī),。

據(jù)統(tǒng)計，我國工業(yè)固體廢物年產(chǎn)生量約33億噸,，歷史累計堆存量超過600億噸,，造成了嚴重的資源浪費和環(huán)境污染，固體廢物的處理處置已刻不容緩,。油頁巖半焦是油頁巖經(jīng)干餾煉油后剩余固體廢棄物,，由于油頁巖礦化程度高，含油量低,，油頁巖半焦產(chǎn)量巨大,，僅甘肅窯街煤電集團有限公司每年產(chǎn)出約60萬噸，主要以堆存來處理,，兼有污染和資源雙重屬性,。目前,，固體廢棄物的減量化、無害化,、資源化是國家重要的發(fā)展戰(zhàn)略之一,，也是打好環(huán)境污染防治攻堅戰(zhàn)和建設(shè)美麗中國的重要保障。

窯街煤電集團有限公司油頁巖半焦富含有機質(zhì)和高嶺石,、伊利石,、伊蒙混層黏土、石英,、磁鐵礦等礦物質(zhì),。基于對油頁巖半焦礦物學(xué)屬性的認知,，中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所王愛勤研究員團隊提出從礦物材料視角探究油頁巖半焦資源化利用途徑,。利用窯街煤電集團有限公司油頁巖半焦富鉄低鈣的特性，直接以油頁巖半焦所含礦物質(zhì)為基體,，分別采用水熱技術(shù),、機械力化學(xué)法構(gòu)筑了高性能鐵系雜化顏料，系統(tǒng)考察了油頁巖半焦摻量,、晶化溫度等因素對雜化顏料顏色的影響行為,，揭示了雜化顏料中礦物質(zhì)與顏料納米粒子之間的表界面作用機制,，實現(xiàn)了雜化顏料在防腐涂料和陶瓷顏料領(lǐng)域的功能應(yīng)用,，優(yōu)化定型了油頁巖半焦基鐵紅雜化顏料的產(chǎn)業(yè)化工藝條件。研發(fā)的系列雜化顏料具有優(yōu)異的呈色性能,、熱穩(wěn)定性,、耐酸性和耐鹽霧性能，可替代現(xiàn)有市售鐵系顏料應(yīng)用于防腐涂料和陶瓷顏料等方面,。

由于油頁巖半焦富含礦物質(zhì)和有機質(zhì),，項目組研究人員采用油頁巖半焦對模擬煤矸石場地進行修復(fù)，結(jié)果表明不同用量油頁巖半焦對植物生長有明顯影響,。由于有機質(zhì)中含有微量多酚類物質(zhì),，當(dāng)油頁巖半焦用量大于15wt%時對植物生長有一定抑制作用。在此基礎(chǔ)上,，采用惰性氣氛下原位熱解炭化油頁巖半焦中有機質(zhì)制備了黏土礦物/生物炭復(fù)合材料,，與窯街煤電集團有限公司合作建成1wt/a黏土礦物/生物炭復(fù)合材料生產(chǎn)線，并與相關(guān)單位聯(lián)合在隴南,、定西,、武威和張掖等地開展了農(nóng)業(yè)種植和土壤改良應(yīng)用試驗，施用黏土礦物/生物炭復(fù)合材料有效提升了土壤理化性能和農(nóng)作物產(chǎn)量,。

此外,，基于以廢治廢的策略,，研究人員利用水熱輔助酸、堿處理油頁巖半焦,，構(gòu)筑了不同功能吸附材料,，實現(xiàn)了對水體陰/陽染料分子、重金屬離子等污染物的高效吸附此外,，黏土礦物基有機/無機復(fù)合保水劑有較好的吸水保水性能,。研究人員采用油頁巖半焦通過自由基聚合反應(yīng)制備了系列有機/無機復(fù)合功能保水劑。

研究表明,，當(dāng)油頁巖半焦用量為15wt%時復(fù)合保水劑具有最高吸水倍率,。通過引入天然高分子和黃腐酸等可賦予復(fù)合保水劑降解、緩釋和促生長功能,；利用煅燒油頁巖半焦中鐵氧化物構(gòu)建了綠色氧化還原聚合體系,，實現(xiàn)了室溫條件復(fù)合保水劑的可控制備；基于油頁巖半焦的雙親屬性,，通過Pickering乳液技術(shù)可制備具有吸水保水和緩釋肥料的多功能復(fù)合保水劑,。該系列研究工作為油頁巖半焦在節(jié)水農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用開辟了新途徑。

蘭州日報社全媒體記者 華 靜

責(zé)任編輯：王旭偉