1.1概述

1.1.1硅藻土的介绍

硅藻土是海洋或湖泊中生长的硅藻类微生物，残骸在水底沉积、经自然环境作用而逐渐形成的生物成因硅质沉积岩，其矿物成分为非晶态蛋白石，化学成分主要是二氧化硅，还含有少量的三氧化二铝、三氧化二磷、氧化钙、氧化镁、三氧化二铁和有机质等 ，颜色为白色、灰白色、灰色和浅灰褐色等。其主要成分是由单孔硅藻骨架形成的无定形二氧化硅，化学式为SiO 2#183;nH 2 O。硅藻土壳的表面及其微孔被大量硅羟基覆盖，氢键使得硅藻土具有表面活性、吸附性和弱酸性，故也被称为固体酸是一种具有高孔隙率的生物源硅石。硅藻土形体尺寸一般为几微米到几十微米，最小只有1 μm，而其线纹小孔和壳缝均在纳米范畴，是天然的纳米材料 。硅藻土吸附性强、密度小、熔点高、阻燃隔热、吸音、化学性能稳定、不含有害化学物质，被广泛应用于轻工、化工、建材、石油、医药卫生、核废料和污水处理等众多领域 ，是一种具有发展潜力的绿色环保材料。因此，硅藻土通常用作助滤剂，吸附剂，催化剂载体和功能填料等。由于其多孔结构，超轻重量和环境安全特征，其可以用作低成本建筑材料。此外，它可以用作生产水泥砂浆的水泥的部分替代品。使用硅藻土作为水泥添加剂由于更高的比表面积导致更高的水需求。然而，与普通Portlant水泥相比，这种缺点可以通过具有硅藻土作为添加剂的水泥的更高抗压强度来补偿。此外，添加剂硅藻土增加了相对于普通Portlant水泥的初始和最终凝固时间。作为沥青的填料，向沥青混合物中添加硅藻土导致比纯沥青混合物更好的低温性能。

1.1.2硅藻土的提纯

硅藻土的选矿和提纯是提高硅藻土性能的重要手段。研究表明，适当温度下焙烧和在适当浓度酸中浸泡后的精制硅藻土的吸附能力显著强于原硅藻土。硅藻土的提纯包括水洗、酸洗和焙烧等。水洗和酸洗主要除去硅藻土中的铁和粘土类杂质矿物，并疏通孔道。硅藻土中的有机物一般通过焙烧去除，因此焙烧对于富含有机质的高烧失量型硅藻

土而言是最经济、有效的提纯方法，焙烧效果对产品性能起着决定性的作用。焙烧后，微孔和空隙中的物质挥发，硅藻土比表面积增大，性能提高。硅藻土产地不同，所含矿物杂质种类差异较大，因此没有适用于所有产地硅藻土的提纯工艺。硅藻土水洗提纯与碳化工艺示例见图。柳等研究了碱浸对硅藻土性能的影响。研究结果表明，氢氧化钠质量分数为0～0.1时，随着碱浓度的增大，硅藻土的比表面积显著增大，这主要是由于硅藻土耐酸，而碱对其有一定的腐蚀性，碱可以将硅藻土内的杂质去除，使硅藻土暴露出大量的微孔。但随着碱浓度继续增大，硅藻土的比表面积反而减小，这是因为随着碱浓度增大，硅藻土壳体结构表面的杂质去除后，碱便开始溶蚀硅藻土壳体结构，从而坏其大量的孔隙结构，造成硅藻土比表面积下降。质量分数为0.05的氢氧化钠处理后硅藻土比表面积可达 30.96 m 2 #183;g -1 ；质量分数为0.1的氢氧化钠处理的硅藻土比表面积增大到32.47 m 2 #183;g -1 。氢氧化钠浓度继续增大，硅藻体结构的破坏程度增强，比表面积随之下降。综合考虑硅藻土的比表面积和成本，采用质量分数为0.5的氢氧化钠对硅藻土进行碱浸处理较为合理。土壳体结构表面的杂质去除后，碱便开始溶蚀硅藻土壳体结构，从而破坏其大量的孔隙结构，造成硅藻土比表面积下降。质量分数为0.05的氢氧化钠处理后的硅藻土比面积可达 30.96 m 2 #183;g -1 ；质量分数为0.1的氢氧化钠处理的硅藻土比表面积增大到32.47 m 2 #183;g -1 。氢氧化钠浓度继续增大，硅藻体结构的破坏程度增强，比表面积随之下降。综合考虑硅藻土的比表面积和成本，采用质量分数为0.5的氢氧化钠对硅藻土进行碱浸处理较为合理。

2硅藻土的表面改性

复合和表面改性是提高属矿物填料补性能的重要技术手段。硅藻土具有高的表面能且其表面呈亲水疏油性，与聚合物基体间相容性差，在橡胶中易于团聚，如果不进行表面处理，则不能很好地发挥硅藻土的补强作用。硅藻土属酸性矿物，可选用硬脂酸和硅烷作为改性剂。左然芳等采用偶联剂Si69对超细硅藻土粉体进行改性。结果表明，随着偶联剂Si69用量增大，硅藻土颗粒的吸油率明显降低，表明改性剂对粉体表面性质的影响较大，改性后粉体表面由亲水性变为亲油性。采用偶联剂Si69改性硅藻土时，偶联剂分子与硅藻土表面形成Si#8212;O#8212;Si 化学键，有利于提高硅藻土-有机复合材料的综合性能。质量分数为0.012的偶联剂Si69对超细硅藻土的表面改性效果较好。

郑水林硬脂酸和硅烷对煅烧高岭土/硅藻土复合填料进行表面改性研究。结果表明，单独使用硅烷偶联剂时，煅烧高岭土/硅藻土复合填料的活化指数约为80%，随着硬脂酸/硅烷改性剂中硬脂酸质量分数的增大，煅烧高岭土/硅藻土复合填料的活化指数逐渐增大，当硬脂酸/硅烷偶联剂用量比约为1/1时，复合填料的活化指数高达95%以上