硅藻土在有机合成中的开发与应用

靳海燕

（新乡拓新药业股份有限公司，河南 新乡 453003）

硅藻土是一种生物化学沉积物，主要由远古地质时期单细胞植物藻类的化石骨骼遗骸积聚形成。是一种不可再生的天然资源[1]。目前已有几十个国家和地区生产硅藻土制品，年产量达数百万吨，其中产量最大的是美国，其次是俄罗斯和法国以及德国[2]。我国已发现硅藻土矿70余处，已探明储量4.06亿吨。

1 硅藻土的物化特性及结构特征

纯净的硅藻土一般呈白色土状，含杂质时，常被铁的氧化物或有机质污染而呈灰白、黄、绿、、黑色。大多数硅藻土质轻、多孔，易破碎，但硅藻骨骼微粒的硬度较大。硅藻土密度很小，堆密度平均：0.66g/cm3，热稳定性：原土经900℃煅烧2h后，硅藻壳壁有规律排列的孔结构保持完好，当1200℃煅烧2h后，则硅藻孔洞排列结构将受到破坏[4]。硅藻土的颗粒孔结构与硅藻密切相关，硅藻个体很小，一般为1～100μm，硅藻遗骸的矿物成分为非晶质SiO2，具有很好的化学稳定性，是热、声、电的不良导体。

硅藻土的化学组成主要是硅酸盐，其中二氧化硅含量的高低是衡量硅藻土质量品位的重要指标，可将其分为高品位硅藻土和劣质硅藻土。硅藻土作为固体酸，显微弱的酸性，除溶于氢氟酸外，不溶于其他酸类，可与弱碱发生反应。其表面吸附性质与其表面结构有关。硅藻土表面为大量硅羟基所覆盖，并有氢键存在，OH基团也在硅藻土细孔内表面分布，这些OH基团是使硅藻土具有表面活性，吸附性以及酸性的本质原因[2]。

2 硅藻土的用途

2.1 助滤剂

助滤剂是一种颗粒均匀、性质坚硬、压缩性小的粒状物料。其作用在于过滤分离掉微小粒子及防止胶体微粒对介质的堵塞。硅藻土最广泛的用途是作为分离液体中悬浮固体的助滤剂。它作为有效的助滤剂已有60多年历史[4]。硅藻土之所以适合作为助滤剂，原因在于它具有不易溶解性，适宜的粒度分布和多孔结构。

用低品位硅藻土为原料可生产制得助滤剂，以酸洗—水洗或水漂洗等预处理后的硅藻土为原料，加工过程包括助溶剂配制（这种特殊的助熔剂能起到颗粒结构骨架的作用）、混料、松料、煅烧、粉碎、分级、并且改变温度、助熔剂及辅助熔剂添加量等工艺参数，可生产出一系列不同渗透率的硅藻土助滤剂[7]。

把含SiO275%～85%的硅藻土经粉碎、酸化处理、提纯、洗涤、烘干，加入助滤剂混合，煅烧、粉碎、活性表面处理、低温活化，便得到适用于啤酒生产过滤用的助滤剂，用于除去啤酒中大分子蛋白质、酵母菌、细菌等悬浮物质，硅藻土助滤剂应用在啤酒等饮料过滤中是已知过滤介质中最为理想的材料。

2.2 催化剂载体

硅藻土对大多数化学反应具有惰性并且耐高温，因此可作为理想的催化剂载体。一般用作氧化、氢化、脱氢、水合、还原等化学反应的催化剂。例如，加氢工艺中的镍催化剂、硫酸制备中的钒催化剂、石油炼制用的磷催化剂汽车尾气处理的催化剂等均可用硅藻土为载体。

国外研制的硅藻土载体，是用于催化乙烯转化成乙醇、催化加氢马来酸酐、催化不饱和二醇等。如在日本专利中，将硅藻土与P2O5混合，喷雾浓磷酸，在204～426℃下干燥，再在80%空气，20%水蒸气下加热，可得到表面积为1～15m2/g，初始抗碎强度≥15.8kg，体积密度为0.48～0.96kg/L，孔容0.07～0.2cm3/g的固体磷酸催化剂[9]。

2.3 吸附剂

以SiO2含量90%以上的精制硅藻土为原料，分别均匀混入总量为3%～8%的复合助剂Na2CO3和 CaCl2、Na2CO3和 MgCl2、CaCO3和 NaCl 及MgCO3和NaCl，复合助剂中碳酸盐和氯化物的分子比为1～5，在750～1000℃条件下煅烧改性30～60min，烧成品粉碎至50μm，然后分离出适宜粒级，制得四种吸附型硅藻土助滤剂产品[8]。

硅藻土吸附剂主要用于矿物油及动植物油的脱色精炼，吸附除去沥青质、中性胶原、硫化物烯烃、环烷酸、矿物质、胡萝卜素、叶黄素、叶绿素等[9]。由生物发酵得到的产品有时所带转化酶比较高，用活性炭精制时物料容易发青色，如果在精制时加入硅藻土就不会有上述情况，其内毒素含量也会降低。例如硅藻土在有青霉素G酰化酶提纯中，硅藻土用氨水处理后与青霉素G酰化酶的大部分结合位点由氨基占有。酶与处理后的硅藻土的吸附、解吸可认为是亲水性吸附，疏水性解离。硅藻土对发酵液中色素吸附甚少，苯乙酰胺-Sepharose4B树脂对发酵液中色素有较强的吸附，因此用此方法提纯的酶不但去掉了大部分杂蛋白，而且也去掉了色素[7]。

2.4 其他

硅藻土除在化工行业中应用广泛，还用于涂料、填充剂、磨料和摩擦材料、废水处理、除臭剂、农药与肥料、蓄电池隔板材料、日用化学品等领域。

3 前景展望

世界硅藻土工业自19世纪60年代出现至今，经历了一个应用领域不断拓展、产品种类不断丰富的过程。其主要利用方向仍是化工及精细化工产品，虽然我国硅藻土资源丰富，但由于质量较差使得硅藻土的利用受到很大程度的限制，故硅藻土的更广泛的利用还有待我们更深入研究。