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用“愛”用“勤”做好凹凸棒石產業——記中國科學院蘭州化學物理研究所研究員王愛勤

2020-05-21 中國科學報
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王愛勤

  中國科學院蘭州化學物理研究所環境材料與生態化學研究發展中心主任、甘肅省黏土礦物應用研究重點實驗室主任、研究員。先后主持完成包括國家自然科學基金、“863”計劃、中國科學院“西部之光”等40個項目。2018年,其團隊完成的“基于濕法凹凸棒石高值利用關鍵技術開發與應用”獲2018年度國家技術發明獎二等獎。

  聽中國科學院蘭州化學物理研究所研究員王愛勤作關于凹凸棒石的報告,大家都感覺,不僅聽了一場精彩的學術報告,更感受到了一種科學情懷。的確,王愛勤對凹凸棒石的研究過程,就是他用“愛”用“勤”做事的科研故事。

  “結緣”凹凸棒石

  王愛勤與凹凸棒石的相識“純屬偶然”。

  21世紀初,國家實施西部大開發戰略。治理西部生態環境和發展干旱農業迫切需要高性能保水劑,彼時,王愛勤就開展了有機無機復合保水劑的研發。他在試驗了蒙脫石等黏土礦物后發現效果不理想,直到采用了甘肅臨澤凹凸棒石。

  隨后,王愛勤帶領團隊系統開展了不同礦點和各種方法處理凹凸棒石對有機無機復合保水劑吸水性能的研究,揭示了復合機理,最終在勝利油田實現了產業化生產,同時在西部干旱地區進行了近百萬畝的應用試驗,達到了資源高值和生態恢復的雙重目的,為西部大開發生態環境恢復和節水農業發展提供了技術支撐。

  保水劑的成功研發讓王愛勤對凹凸棒石有了全新的認識。

  凹凸棒石也是一種天然納米材料,在國外被廣泛應用于化工、建材、造紙等多個領域。

  早在上世紀90年代,國外一些公司就從國內大量采購凹凸棒石黏土礦。“以每噸100元的價格把礦石拿過去,加工成產品再高價賣給我們,每噸2萬元以上。”說到這里,王愛勤有些痛心,“這么好的東西,我們賣原料、他們賣產品,差價在200倍!”不僅如此,“由于沒有產業發展規劃,粗放開采留下很多礦坑,又極大破壞了當地的自然環境”。

  王愛勤覺得他有責任去深化對凹凸棒石的研究,更有興趣探究凹凸棒石的新用途。于是,他帶領團隊從復合材料的研發轉向了凹凸棒石本身,開啟了他與凹凸棒石緣分的新篇章。

  “情定”凹凸棒石

  天然凹凸棒石棒晶大多以鳥巢狀或柴垛狀聚集,成為制約凹凸棒石產業發展的關鍵瓶頸。

  2008年,王愛勤開始嘗試各種工藝,以解決凹凸棒石棒晶束的高效無損解離這一世界性難題。當發現“中國凹土之都”——江蘇盱眙凹凸棒石是由火山噴發沉積而成,具有純度高、色澤較白等特色和優勢時,王愛勤毅然來到了盱眙。

  王愛勤帶領團隊在分析已有方法問題的基礎上,另辟蹊徑,一干就是五年。他們在大量實驗的基礎上,發展出“對輥處理—制漿提純—高壓均質—乙醇交換”一體化工藝,在保持凹凸棒石固有長徑比的前提下,成功實現了棒晶束的高效解離,棒晶達到納米級分散,解決了干燥過程中納米棒晶的二次團聚問題,實現了礦物材料到納米材料的華麗轉身。

  有了凹凸棒石棒晶束解離技術,凹凸棒石高值應用水到渠成。王愛勤團隊很快就研發出礦物凝膠、高效棕櫚油脫色劑、霉菌毒素吸附劑和動物健康養殖替抗等高值化產品,并應用到市場中。

  此外,王愛勤還幫助盱眙貫通了人才平臺、研發平臺和檢測服務平臺,最終形成了獨具特色的產業集群和助推產業發展的“盱眙模式”。

  “智造”凹凸棒石

  王愛勤并沒有沉浸在“盱眙模式”的成功中。他心里一直有個“結”,這就是凹凸棒石的結緣之地——甘肅臨澤。

  土生土長的甘肅人王愛勤帶著對家鄉的熱愛表示,“必須開啟甘肅凹凸棒石高值利用模式。”2016年,他開始將工作重心從江蘇盱眙轉移到甘肅。

  然而,不同于盱眙高品位凹凸棒石,甘肅地區的凹凸棒石多呈紅色,同時伴生多種其它礦物,難以開發高附加值的產品,嚴重制約了甘肅凹凸棒石產業的規模發展。因此,王愛勤團隊在突破濕法低品位凹凸棒石轉白的同時,還發明了伴生礦的同步轉化關鍵技術,這對甘肅這類蘊藏低品位凹凸棒石的地方來說可謂“福音”。

  王愛勤還進一步摸索出助推甘肅凹凸棒石產業發展的全新“甘肅模式”。面對臨澤的凹凸棒石產業發展這塊“硬石頭”,王愛勤憑著對凹凸棒石的那股“癡”勁和“鉆”勁,一直在為實現將臨澤變成“凹凸棒石強縣”的目標而奮斗著。

  從2000年開始,20年來,王愛勤跑遍了國內凹凸棒石礦,先后3次去美國交流訪問。目前王愛勤是國際上發表凹凸棒石SCI論文最多的作者,連續3年入選全球高被引科學家榜單;獲授權國家發明專利81件;成功轉化8個產品;實現了基礎研究、應用研究與產業化融通創新發展,形成了具有自主知識產權的技術創新鏈,使我國凹凸棒石研發水平從“跟跑”變為“領跑”。

  “把論文寫在祖國的大地上,把科技成果應用到市場的需求中。”在王愛勤看來,這才是科研工作的核心所在。

  (張慧玲,作者單位:中國科學院蘭州化學物理研究所)

  (原載于《中國科學報》 2020-05-21 第3版 信息技術)
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