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用“爱”用“勤”做好凹凸棒石产业——记中国科学院兰州化学物理研究所研究员王爱勤

2020-05-21 中国科学报
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王爱勤

  中国科学院兰州化学物理研究所环境材料与生态化学研究发展中心主任、甘肃省黏土矿物应用研究重点实验室主任、研究员。先后主持完成包括国家自然科学基金、“863”计划、中国科学院“西部之光”等40个项目。2018年,其团队完成的“基于湿法凹凸棒石高值利用关键技术开发与应用”获2018年度国家技术发明奖二等奖。

  听中国科学院兰州化学物理研究所研究员王爱勤作关于凹凸棒石的报告,大家都感觉,不仅听了一场精彩的学术报告,更感受到了一种科学情怀。的确,王爱勤对凹凸棒石的研究过程,就是他用“爱”用“勤”做事的科研故事。

  “结缘”凹凸棒石

  王爱勤与凹凸棒石的相识“纯属偶然”。

  21世纪初,国家实施西部大开发战略。治理西部生态环境和发展干旱农业迫切需要高性能保水剂,彼时,王爱勤就开展了有机无机复合保水剂的研发。他在试验了蒙脱石等黏土矿物后发现效果不理想,直到采用了甘肃临泽凹凸棒石。

  随后,王爱勤带领团队系统开展了不同矿点和各种方法处理凹凸棒石对有机无机复合保水剂吸水性能的研究,揭示了复合机理,最终在胜利油田实现了产业化生产,同时在西部干旱地区进行了近百万亩的应用试验,达到了资源高值和生态恢复的双重目的,为西部大开发生态环境恢复和节水农业发展提供了技术支撑。

  保水剂的成功研发让王爱勤对凹凸棒石有了全新的认识。

  凹凸棒石也是一种天然纳米材料,在国外被广泛应用于化工、建材、造纸等多个领域。

  早在上世纪90年代,国外一些公司就从国内大量采购凹凸棒石黏土矿。“以每吨100元的价格把矿石拿过去,加工成产品再高价卖给我们,每吨2万元以上。”说到这里,王爱勤有些痛心,“这么好的东西,我们卖原料、他们卖产品,差价在200倍!”不仅如此,“由于没有产业发展规划,粗放开采留下很多矿坑,又极大破坏了当地的自然环境”。

  王爱勤觉得他有责任去深化对凹凸棒石的研究,更有兴趣探究凹凸棒石的新用途。于是,他带领团队从复合材料的研发转向了凹凸棒石本身,开启了他与凹凸棒石缘分的新篇章。

  “情定”凹凸棒石

  天然凹凸棒石棒晶大多以鸟巢状或柴垛状聚集,成为制约凹凸棒石产业发展的关键瓶颈。

  2008年,王爱勤开始尝试各种工艺,以解决凹凸棒石棒晶束的高效无损解离这一世界性难题。当发现“中国凹土之都”——江苏盱眙凹凸棒石是由火山喷发沉积而成,具有纯度高、色泽较白等特色和优势时,王爱勤毅然来到了盱眙。

  王爱勤带领团队在分析已有方法问题的基础上,另辟蹊径,一干就是五年。他们在大量实验的基础上,发展出“对辊处理—制浆提纯—高压均质—乙醇交换”一体化工艺,在保持凹凸棒石固有长径比的前提下,成功实现了棒晶束的高效解离,棒晶达到纳米级分散,解决了干燥过程中纳米棒晶的二次团聚问题,实现了矿物材料到纳米材料的华丽转身。

  有了凹凸棒石棒晶束解离技术,凹凸棒石高值应用水到渠成。王爱勤团队很快就研发出矿物凝胶、高效棕榈油脱色剂、霉菌毒素吸附剂和动物健康养殖替抗等高值化产品,并应用到市场中。

  此外,王爱勤还帮助盱眙贯通了人才平台、研发平台和检测服务平台,最终形成了独具特色的产业集群和助推产业发展的“盱眙模式”。

  “智造”凹凸棒石

  王爱勤并没有沉浸在“盱眙模式”的成功中。他心里一直有个“结”,这就是凹凸棒石的结缘之地——甘肃临泽。

  土生土长的甘肃人王爱勤带着对家乡的热爱表示,“必须开启甘肃凹凸棒石高值利用模式。”2016年,他开始将工作重心从江苏盱眙转移到甘肃。

  然而,不同于盱眙高品位凹凸棒石,甘肃地区的凹凸棒石多呈红色,同时伴生多种其它矿物,难以开发高附加值的产品,严重制约了甘肃凹凸棒石产业的规模发展。因此,王爱勤团队在突破湿法低品位凹凸棒石转白的同时,还发明了伴生矿的同步转化关键技术,这对甘肃这类蕴藏低品位凹凸棒石的地方来说可谓“福音”。

  王爱勤还进一步摸索出助推甘肃凹凸棒石产业发展的全新“甘肃模式”。面对临泽的凹凸棒石产业发展这块“硬石头”,王爱勤凭着对凹凸棒石的那股“痴”劲和“钻”劲,一直在为实现将临泽变成“凹凸棒石强县”的目标而奋斗着。

  从2000年开始,20年来,王爱勤跑遍了国内凹凸棒石矿,先后3次去美国交流访问。目前王爱勤是国际上发表凹凸棒石SCI论文最多的作者,连续3年入选全球高被引科学家榜单;获授权国家发明专利81件;成功转化8个产品;实现了基础研究、应用研究与产业化融通创新发展,形成了具有自主知识产权的技术创新链,使我国凹凸棒石研发水平从“跟跑”变为“领跑”。

  “把论文写在祖国的大地上,把科技成果应用到市场的需求中。”在王爱勤看来,这才是科研工作的核心所在。

  (张慧玲,作者单位:中国科学院兰州化学物理研究所)

  (原载于《中国科学报》 2020-05-21 第3版 信息技术)
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