挑战“不可能”的科学“魔法师”

  • 新华社 (兰州分院)
  • 创建于 2018-06-13
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  将它加入塑料中,塑料机械性能不仅得到强化,阻燃能力也随之提升;在生产大豆油的过程中,加入它,可过滤掉黄曲霉素等有害成分和杂质……

  它只是一种普通的矿石,即凹凸棒石,而将它“点石成金”的是中国科学院兰州化学物理研究所研究员王爱勤及其团队。

  今年55岁的王爱勤,研究凹凸棒石已近二十年。性格低调沉稳、说话慢条斯理的他只要提起凹凸棒石,便打开了话匣子,各种专业术语、经典形象比喻从他口中娓娓道来。

  凹凸棒石是一种具有棒状晶体结构的含水富镁铝硅酸盐矿物,更是目前还不能人工合成的天然纳米材料,因具有独特的吸附、悬浮、触变、载体、增韧补强等性能,被广泛应用于化工、建材、医药、农业和食品等多个领域。

  中国的凹凸棒石储量世界最高,其中江苏、安徽、甘肃等地储量丰富。江苏已探明储量占全国的74%、全球的48%。

  上世纪七十年代中期,中国发现了储量惊人的凹凸棒石,并用作干燥剂、吸附剂,但仅以每吨不足千元的低价销售。原因在于,天然形成的凹凸棒石棒晶大多以柴垛状聚集,如果不解离棒晶,就不具备纳米材料特性。但凹凸棒石的解离是世界性难题。

  2000年,王爱勤偶遇了凹凸棒石。当时,他正在开展有机无机复合保水剂的研发。“一天有人拿了块甘肃省临泽县的凹凸棒石给我,并称这种材料的吸水性能可达到1:300。”

  测试结果并没有达到300倍,但为什么凹凸棒石有较好的吸水能力?出于强烈的好奇心,他将凹凸棒石放在显微镜下观察研究,发现了凹凸棒石特殊的棒晶束形貌和规整的孔道结构。

  从那时起,他开启了对凹凸棒石的深入研究,并利用科学“魔法”使不可能变成可能。

  到凹凸棒石储量最多的地方去深入研究。2010年,王爱勤来到了“中国凹土之都”江苏省盱眙县。

  在中科院和盱眙县政府支持下,中科院盱眙凹土应用技术研发与产业化中心组建成立,王爱勤担任主任,旨在解决制约凹凸棒石产业发展的棒晶束解离这一世界性难题。

  短短几年间,王爱勤及团队不仅研发了矿物凝胶、高效棕榈油脱色剂、霉菌毒素吸附剂、凹凸棒石有机无机复合保水剂等高值化产品,还实现了纳米矿物材料研发在国际上的“引跑”, 也将盱眙凹凸棒石的产值从2010年的4亿元提升到2016年的20亿元。

  国外的钴蓝颜料,一吨售价约30万元,而加入凹凸棒石的钴蓝颜料原料成本一吨只需10万元。实现这一转变的,就是王爱勤和团队历时5年研究解决的凹凸棒石关键共性技术——棒晶束解离。

  这一技术减少了钴的使用量,但钴蓝作为染料的效果不变。

  棕榈油原油是食用油里最难脱色的,普通的吸附剂难以达到效果。经过纳米技术处理后,王爱勤对原油成功脱色,并开发了高效棕榈油脱色剂等产品。

  2013年,马来西亚一家企业希望引进这项技术,与王爱勤展开合作。“和马来西亚的合作标志着我们的凹凸棒石技术研发开启了国际合作的历程。这项技术已于2016年在马来西亚应用。”

  王爱勤还有一个得意之作,就是成功研发凹凸棒石有机无机复合保水剂。2006年,德国一家化工巨头企业想用高价让他转让这项技术成果,被他婉拒。“目前,这一成果已在我国西北五省区的推广量达到了百万亩,有效恢复了生态,这是我们做科研最有成就感的时候。”

  科研道路并非一帆风顺。王爱勤也曾遇到过棘手的问题。

  2010年,在和国内一家企业合作开发凹凸棒石的过程中,企业需做大量中试实验。“400多组的实验,每一次百公斤的样品,当工人做到200多个样品时,便觉得太累,不愿意配合。”王爱勤说,为了不影响实验进度,他带着团队人员每天早晨5点起床,直到干到晚上12点。

  实验进行了100多天后,王爱勤和团队最终筛选出了最佳工艺条件。“团队人员也从这件事情上理解了加班加点的含义,中试过程的重要性以及科研的真正意义。如果没有我们这一步不可能从矿物材料走向纳米材料和功能材料。”

  经过近20年的研究,凹凸棒石在王爱勤手中已从“丑小鸭”变成了“白天鹅”。他也成为目前全世界发表凹凸棒石SCI论文最多的作者。

  在王爱勤等一批科学家的推动下,近5年来,中国学者发表的凹凸棒石SCI论文占到一半以上。中国已经成为推动矿物材料发展的主力军,实现了从跟跑到领跑的转变。

  2016年,在甘肃省科技厅的支持下,依托王爱勤团队成立了甘肃省黏土矿物应用研究重点实验室。目前,他正致力于推动甘肃省临泽县凹凸棒石的开发和利用。“临泽的凹凸棒石资源储量丰富,但色泽深,伴生矿复杂,我们要加强应用基础研究,尽快开发高端产品,使这一黄金资源成为当地黄金产业,产生黄金效益,并为甘肃正在发展和推广的戈壁农业提供支撑。”



责任编辑:黄巧