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硅藻土在戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中的關(guān)鍵應(yīng)用
編輯：2022-12-21 13:04:22
新能源領(lǐng)域 近年來硅藻類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，顯示出它們在能量的轉(zhuǎn)換和存儲領(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、超級電容器、太陽能電池、儲氫性能和熱能儲存?？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)在硅基超級電容器開發(fā)做出進(jìn)一步改進(jìn)，基于硅藻硅形態(tài)學(xué)使用鎂熱還原通過硅藻二氧化硅轉(zhuǎn)化為硅，隨后使用水熱過程生長二氧化錳納米結(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電容器電極材料。
用于太陽能電池：硅藻不僅適用于DSSCs，而且適用于其他類型的太陽能電池。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。由于硅藻太陽能電池成本低、環(huán)境友好等特點(diǎn)，在太陽能電池中的應(yīng)用前景廣闊，但仍需提高硅藻太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。 用于熱能儲存：在熱能儲存（TES）方法中，使用相變材料（PCM）實(shí)現(xiàn)的潛熱儲能是最有效的技術(shù)。而多孔材料可以調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境的相對濕度，使人感覺舒適，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)材料熱能儲存。 l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)對氫解吸特性的影響為進(jìn)一步改善這些裝置的性能開辟了新的途徑。 l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定形，這對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。
l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)百葉窗以凈化空氣。 l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) 硅藻土是一種儲量有限且不可再生、對人類社會可持續(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.我國硅藻土礦利用現(xiàn)狀及開發(fā)利用對策 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)用和供需形勢研究 （中國粉體網(wǎng)編輯整理/黑金） 注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知刪除！
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硅藻土在戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中的關(guān)鍵應(yīng)用
編輯：2022-12-21 13:04:22
新能源領(lǐng)域 近年來硅藻類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，顯示出它們在能量的轉(zhuǎn)換和存儲領(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、超級電容器、太陽能電池、儲氫性能和熱能儲存?？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)在硅基超級電容器開發(fā)做出進(jìn)一步改進(jìn)，基于硅藻硅形態(tài)學(xué)使用鎂熱還原通過硅藻二氧化硅轉(zhuǎn)化為硅，隨后使用水熱過程生長二氧化錳納米結(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電容器電極材料。
用于太陽能電池：硅藻不僅適用于DSSCs，而且適用于其他類型的太陽能電池。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。由于硅藻太陽能電池成本低、環(huán)境友好等特點(diǎn)，在太陽能電池中的應(yīng)用前景廣闊，但仍需提高硅藻太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。 用于熱能儲存：在熱能儲存（TES）方法中，使用相變材料（PCM）實(shí)現(xiàn)的潛熱儲能是最有效的技術(shù)。而多孔材料可以調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境的相對濕度，使人感覺舒適，并減少能源消耗?？紤]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)材料熱能儲存。 l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)對氫解吸特性的影響為進(jìn)一步改善這些裝置的性能開辟了新的途徑。 l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定形，這對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。
l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)百葉窗以凈化空氣。 l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) 硅藻土是一種儲量有限且不可再生、對人類社會可持續(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.我國硅藻土礦利用現(xiàn)狀及開發(fā)利用對策 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)用和供需形勢研究 （中國粉體網(wǎng)編輯整理/黑金） 注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知刪除！