什么是硅藻泥？

硅藻泥是一种以硅藻土为主要原材料，添加多种助剂的粉末状装饰材料。优质硅藻泥是不添加任何化工胶粘剂与有机溶剂，本身几乎全部由天然矿物粉碎后按照科学配比混合而成的环保型粉体材料。

硅藻泥与墙纸、乳胶漆功能对照表

硅藻泥墙面

硅藻泥装饰材料的发展历程：

第一代硅藻泥是指硅藻泥开始引进阶段，也就是所谓的伪硅藻泥时代。这个阶段的硅藻泥基本不含硅藻土，或优质硅藻土含量极少。

第二代硅藻泥是指强碱性的硅藻泥，产品开发方向偏重于硅藻泥的实用性能，原本最为重要的功能性(吸附和去除甲醛、异味的能力)依然是退居第二位的东西;还不能算是真正意义上的硅藻泥产品。

第三代硅藻泥充分发挥硅藻土的吸附、呼吸性能，兼顾施工、保存、环境保护等诸多问题，最大程度上保证了硅藻土的呼吸性、吸附性，即功能性;是真正意义上的硅藻土生态壁材，即生态环保型硅藻泥产品。

新型硅藻泥装饰材材应具有的功能：

1、呼吸性能: 随着不同季节及早晚环境空气温度的变化，可以吸收或释放水分，自动调节室内空气湿度，使之达到相对平衡。

2、净化空气：独具的“分子筛”可以有效吸收并分解空气中的游离甲醛、苯、氨 、醇等有害物质。

3、吸音降噪：由于其表面多孔结构，吸音效果显著，硅藻土能够帮您创造一个宁静的室内环境。

4、消除异味：消除因宠物、吸烟、垃圾所产生的异味，净化室内空气。

5、防火阻燃：硅藻泥采用无机矿物原材料，不燃、耐高温，火灾时不产生任何有害烟雾。

6、墙面自洁：硅藻泥属纯天然矿物材质，自身不含重金属，不产生静电，因而浮尘不易附着，墙面始终保持清新。

7、杀菌消毒：硅藻泥独特的分子结构能产生瀑布效应，使生成的负氧离子在空气中四处浮游，有极强的杀菌能力。

环保型硅藻泥的应用前景：

硅藻泥作为一种新型内墙装饰壁材，适用范围很广泛，适用在以下地方：家庭(客厅、卧室、书房、婴儿房、天花板等墙面)、公寓、 幼儿园、老人院、 医院、疗养院、会所、主题俱乐部、高档饭店、渡假酒店、写字楼、风格餐厅等。

生态环保型装饰材料在中国市场目前处于初始阶段，潜在市场空间巨大，是典型的朝阳产业。在全球倡导低碳环保，消费者追求生态健康的趋势下，生态、健康型壁材理所当然的成为消费者与投资者明智的选择。

硅藻土原料的加工与利用技术现状：

1、硅藻土的认识

硅藻经过亿万年的积累和地质变迁成为硅藻矿物——硅藻土。

硅藻土(Diatomite)是一种生物成因的硅质沉积岩，主要由古代藻类遗骸组成，其化学成分主要是SiO2，含有少量的Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO和有机质。

硅藻土的理化特性--比表面积大；吸附性能强；化学稳定性高；吸水性、渗透性强；细腻、松散、质轻、多孔；隔音、隔热、耐磨、耐酸；无毒、无味。

 

部分硅藻土矿的硅藻形状

硅藻土的分类：

根据矿石中硅藻和粘土矿物含量，将硅藻土分为以下几类：

硅藻土 (SiO2>90%)

含粘土硅藻土 (SiO2>75%)

粘土质硅藻土 (SiO2 50%~70%)

硅藻粘土 (SiO2 30%~40%)

天然高纯度硅藻土矿很少见，多数硅藻土矿要进行选矿以满足应用需要：

硅藻土选矿目的是为了富集硅藻；

硅藻土选矿方法依杂质矿物的种类、性质以及产品的纯度要求而定；

硅藻土的加工与提纯；

硅藻土中 ?、∥ 级土占少数，中低品位储藏量较大，大多含有杂质，且活性较低，往往首先需要进行提纯处理。常用的方法有：物理选矿，化学提纯。

提纯后的硅藻土中SiO2含量增大，内部空隙结构趋于合理，能够大幅度增强使用效果。

精制硅藻土

 

硅藻土的化学提纯

1、酸浸法

使硅藻土中的A12O3，Fe2O3，CaO，MgO 等杂质生成可溶性盐类，然后经压滤、洗涤、干燥，得到优质纯硅藻土。

2、擦洗法

擦洗可将原料颗粒打细，而硅藻壳不被破坏，使固结在硅藻壳上的粘土等矿物杂质脱离。

3、焙烧法

焙烧对于提高粘土质硅藻土质量十分有效。通过煅烧，SiO2含量可显著提高，同时孔径增大，比表面积增加。

硅藻土加工与提纯的关键技术

对于主要含石英、长石类碎屑矿物、粘土含量很少、硅藻含量较高的硅藻原土，可采用旋风分离法，也可采用湿式重力沉降或离心沉降的方法分选。

工艺流程：硅藻原土→擦洗制浆→重力沉降或离心沉降→磁选除铁(如含有铁质矿物)。

含粘土硅藻土和粘土质硅藻原土的选矿提纯是硅藻土选矿的重点和难点所在。

工艺流程：擦洗制浆→稀释→沉淀分离→负压脱水→热风干燥→精细分级→硅藻精土

硅藻土的利用现状：

硅藻土在化工、食品、医药等行业中的应用：主要是生产助滤剂，用以除菌、除杂、除异味等

硅藻土在水处理中的应用：制备硫酸铝改性硅藻精土水处理剂，用以处理生活与工业废水，同时它在膜分离技术处理废水中也有良好的效果

硅藻土填料的应用：油漆、涂料、橡胶、高分子材料、沥青等制品中起到了相应的功能材料的作用

硅藻土在建材中的应用：作为墙体保温材料使用，利于减轻结构重量，也可制备轻骨料混凝土，环保型天然室内装修材料

硅藻土在农业中应用：杀虫剂载体，可湿性粉剂、除草剂、还可防止化肥结块，具有缓释作用

环保型硅藻泥对甲醛降解技术的强化与评价：

硅藻土的改性与吸附-分解甲醛过程

什么是硅藻土的改性与负载技术

在实验室按一定质量比将提纯精制硅藻土添加到光催化剂的前驱体溶液中，搅拌、超声、陈化一定时间后，装入水热反应釜中，高温反应一定时间，冷却后烘干，即得到负载改性后的硅藻土。

负载光催化剂后的硅藻土

硅藻土的扫描电镜图像

天然硅藻土的SEM图像

负载光催化剂后的SEM图像

硅藻泥功能图示

硅藻泥独具的“分子筛”作用和选择性吸附性能，可以明显减少吸烟、生活垃圾等所产生的空气异味。

硅藻泥可以有效去除空气中的游离甲醛、苯、氨、硫化物等有害物质。

硅藻泥吸附-分解甲醛的过程原理

 

硅藻土与硅藻泥对甲醛气体降解效果的比较

不同光照强度下硅藻泥产品对甲醛气体的降解

 

不同环境温度(反应)下产品对甲醛气体的降解

 

石墨烯/ Bi2WO6 复合光催化剂的研制与评价：

特点：

活性较好，资源丰富，价格低廉

化学稳定性好

吸附能力强

无毒、无味

石墨烯/ Bi2WO6 复合光催化剂的研制开发

不同水热反应温度对制备钨酸铋的影响

不同水热温度下的产物XRD图谱

 

不同温度下合成Bi2WO6催化剂的晶粒尺寸(依据Scherrer公式估算晶粒尺寸)

 

不同水热温度对Bi2WO6晶粒形貌的影响

(a)前驱体沉淀

(b) 140℃水热产物

(c)180℃水热产物

不同水热温度对Bi2WO6样品可见光响应的影响

不同合成温度的Bi2WO6催化剂的UV-Vis漫反射光谱图

不同水热体系pH对Bi2WO6物相的影响

不同水热体系pH值条件下合成样品的XRD图谱

 

不同pH值下合成的Bi2WO6催化剂的晶粒尺寸及比表面积

(依据Scherrer公式估算晶粒尺寸,BET测试钨酸铋的比表面积)

 

不同水热pH对Bi2WO6样品的可见光响应的影响

不同合成体系pH值下的Bi2WO6催化剂的UV-Vis漫反射光谱图

(随着pH值的增大，曲线在X轴截距越来越小，反之，Eg数值越来越大。)

不同焙烧温度对 Bi2WO6 样品催化性能的影响

不同温度焙烧下的Bi2WO6样品的FT-IR

(波数3440cm-1附近出现的是催化剂表面羟基，600℃焙烧1h样品表面富含较多羟基)

石墨的XRD图谱

氧化石墨烯的XRD图谱

石墨烯的XRD图谱

2θ为26°左右的(002)晶面石墨特征峰在石墨烯XRD图谱中消失了，而在12.6°处出现了GO的衍射特征峰，表明鳞片石墨被成功制备为氧化石墨烯，且氧化较为完全。在被还原之后，在24°出现了石墨烯的特征峰，GO特征峰完全消失，说明还原较为完全，成功制备出RGO。

石墨烯的SEM图

石墨烯结构具有明显层状，同时还有褶皱片状结构的存在。由图可看出，石墨烯堆积紧密，这是由于石墨烯间有较强的范德华力。

不同石墨烯掺杂比例样品的XRD图谱

石墨烯不具有明显晶型结构，它的XRD衍射峰属于强度降低的馒头峰形，而且较小的修饰量不足以改变钨酸铋晶体的XRD特征峰的位置与峰形。

石墨烯/ Bi2WO6 复合光催化剂的评价试验

 

石墨烯/ Bi2WO6 复合光催化剂性能评价试验

甲醛标准溶液的标准工作曲线

 

反应器结构示意图

1.风扇 2.表面皿 3.加热套 4.取样口 5.导线入口 6.灯管 7.样品板

反应器内壁吸附试验(暗态空白吸附)

反应器内壁对气体甲醛的吸附曲线

(固体甲醛挥发3h后开始光催化降解实验，以达到消除反应器对甲醛吸附而造成的实验误差)

硅藻土的提纯与精制

 

硅藻土的XRD图谱

精制硅藻土的SEM图

1、经过酸浸提纯焙烧后的硅藻土增加了其比表面积，由 11.76→19.23m2/g

2、增加了孔径的同时也提供了更多的吸附活性位点。

硅藻土负载光催化剂后的表征

负载光催化剂的硅藻土XRD图谱

负载光催化剂的硅藻土材料SEM图

在2θ=21.8°、28°附近出现明显的衍射峰，结合SEM图，表明水热反应后，钨酸铋颗粒很好的负载到硅藻土表面上。

硅藻土与负载催化剂硅藻土基吸附材料对甲醛的吸附降解效果

硅藻土及负载硅藻土基吸附材料对甲醛气体的吸附-降解曲线

不同钨酸铋催化剂负载量对甲醛气体的降解效果

不同催化剂负载量对甲醛气体的降解效果

 

(a)2%负载量

(b)5%负载量

不同水热温度制备的催化剂负载硅藻土材料对甲醛气体的降解效果

不同制备温度条件下催化剂样品负载硅藻土对甲醛气体的降解曲线

不同体系pH制备的催化剂负载硅藻土吸附材料对甲醛气体的降解效果

 

前驱体悬浮液不同pH值下合成催化剂样品负载硅藻土对甲醛气体的降解曲线

不同石墨烯修饰量制备的催化剂负载硅藻土对甲醛气体的降解效果

 

不同石墨烯修饰比例的复合催化剂负载硅藻土对甲醛气体的降解曲线

光催化剂负载硅藻土基吸附材料的重复使用性能

负载催化剂的硅藻土基吸附材料使用次数(n)与甲醛降解效率的关系

研究工作总结与技术展望：

环保型硅藻泥强化降解甲醛研究工作小结

采用水热法制备的片状钨酸铋样品晶型较好，比表面积较大，对可见光响应能力较强，表面羟基含量多，光催化活性得到显著提升。(最佳制备工艺条件为：前驱体体系pH值为2，水热反应温度180℃，600℃焙烧)

采用Hummers法制备氧化石墨烯，葡萄糖作为还原剂，两步水热法成功制备出石墨烯/钨酸铋复合光催化剂，同时能将催化剂负载到硅藻土基吸附材料表面。(具有最佳降解甲醛效果的关键工艺条件：石墨烯修饰比例1.5%，钨酸铋负载比例2%)

负载光催化剂的硅藻土基吸附材料在首次降解实验中，12h对甲醛的降解率达到86.2%，连续5次后的降解率75.4%，表明吸附材料的稳定性良好，重复使用率较高。

石墨烯/ Bi2WO6 复合光催化剂

硅藻土作为光催化剂载体，测试在可见光下持续降解高浓度甲醛气体的效果，初始浓度为50ppm甲醛气体，当光催化剂负载量达到2%，用10g硅藻土复合催化剂样品经过12h对甲醛气体降解率可达到78.4%，经2%石墨烯修饰改性后，12h 对甲醛气体降解率提高至92%以上。

硅藻土清洁利用技术展望

山科(SDUST)研发的掺杂{001}面TiO2/硅藻土基光催化剂

 

催化剂负载量1.3% 时，甲醛初始浓度0.005mg/L，经过12h甲醛降解率达到85%，经48h降解率可达到96%;初始浓度越低，则甲醛降解速率越快。

硅藻土成型制品在废水处理及空气净化中的应用

硅藻土的成型及对废水中重金属离子的吸附研究

硅藻土成型制品在空气净化中的应用

资料整理于山东科技大学