主编推荐 | 中南大学欧阳静：富硅工业固废制备多孔材料及其应用综述
2022
目前，全世界每年产生大约110亿t固体废物，平均每个人每年产生1 t以上的固体废弃物，而且这个数量还在不断增加，使固体废物无害化并转化为新材料是一个需要解决的全球性环境和资源问题。多孔材料在隔音、隔热、减振、催化等方面具有广阔的应用前景。大多数的工业固废（超过80%）都富含二氧化硅，如尾矿、煤矸石、粉煤灰等，而高硅含量的固废恰是合成硅基多孔材料的潜在原料。富硅工业固废（SRISW）的大量堆积、处置和利用不充分，将破坏土地资源，危害生活环境，所以将其无害化转化为多孔材料是利用工业固体废弃物生产环境友好型产品的有效途径。
近日，中南大学欧阳静教授课题组在Int. J. Miner. Metall. Mater. 上发表了题为“Review of the fabrication and application of porous materials from silicon-rich industrial solid waste”的综述文章，分析了部分典型富硅工业固体废物的物理和化学性质，重点总结了近年来国内外多孔材料的制备方法，对过去几年里一些富硅固废制备多孔材料的加工和应用进行了系统的介绍。最后，他们分析了富硅工业固废在多孔材料的制备和应用中可能存在的问题，并对其发展前景进行了展望。为工业固体废弃物的回收利用，开发可持续的“绿色材料”提供了典型的参考。
——吴爱祥
文章信息
富硅工业固废制备多孔材料及其应用综述（点击阅读原文）苗超, 梁力行, 张帆, 陈淑梅, 尚凯旋, 蒋金龙, 张毅
梳理和分析了典型富硅工业固体废物的物理和化学性质。
总结并提出了富硅工业固废制备硅基多孔材料的一般方法。
对基于富硅工业固废的微孔、介孔和大孔材料的常用功能设计和应用进行了分类。
内容简介
02
本文首先介绍了一些典型富硅工业固废（SRISW）的化学组成和物理化学性质，总结并提出了富硅工业固废制备硅基多孔材料的一般方法，即:
(1）提取和自组装方法。采用酸碱浸出、生物浸出、硫化浮选、电化学浸出等物理化学方法提取固体废物中的硅或其他有价值元素是SRISW利用的关键步骤。
(2)混合处理制备法。通过将SRISW与其他活性组分直接掺杂、混合或烧结制备出高性能的多孔材料。
然后对基于SRISW的微孔、介孔和大孔材料的常用功能设计和应用进行了分类，系统地介绍了SRISW在多孔材料制备过程中的应用。SRISW制备的微孔材料通常为沸石分子筛（如ZSM-5、X型沸石、4A沸石等），可用于吸附小染料分子、重金属离子，催化筛选或吸附CO2、CH4、C2H4、C2H6等小分子气体。SRISW制备的介孔材料通常具有较大的比表面积，且具有良好的有序结构和丰富的孔结构，易于功能化，具有广泛的应用前景。例如有研究者利用金尾矿制备了比表面积高达661 m2·g–1的SBA-15介孔材料，也有研究者利用铁尾矿制备了比表面积高达1915 m2·g–1的MCM-41介孔材料，均超过大多有机硅合成的介孔材料。SRISW制备的大孔材料主要有多孔微晶玻璃、多孔陶瓷以及地聚合物复合多孔材料，由于其制备方法简单、低环境负荷、低能耗的优势已被广泛应用，值得注意的是这类大孔材料可以实现接近100%固体废物利用率。
同时，本文也分析了SRISW向多孔材料的转化机理和实现多孔材料大规模制造应用的实际策略，对各类富硅工业固废的潜在用途做出了参考和指导。
最后，本文对SRISW在制备多孔材料及其应用过程中可能存在的问题进行了总结，并对其发展前景进行了展望。文中指出，由于不同产地、不同类型的工业固废在结构和组成方面存在差异，在SRISW向多孔材料的转化的规模化生产中还存在许多问题。这些差异可能在很多方面限制了固体废弃物基多孔材料的发展。因此，未来需要结合SRISW的物理化学和结构特点，总结固体废物的形成规律，研究不同活性组分的活化机理，促进固体废物转化为材料的过程。此外，要实现工业固体废弃物资源的高价值利用，应根据市场需求和当地建设需求，开发价格低廉、适用性强的功能性多孔材料。
图 1 富硅工业固废制备多孔材料的设计方法示意图
SRISW向多孔材料的转化主要取决于SRISW中硅等有价元素的矿物学特征和化学环境。
03
欧阳静教授， 中南大学资源加工与生物工程学院教授、博士生导师。主要从事矿物材料、功能材料的制备与性能研究工作，在Sci. Adv. Mater.发表封面论文1篇，在Adv. Funct. Mater.、Sci. Rep.、Chem. Engineer. J.、Mater. Des.、J. Phys. Chem. C、J. Phys. Chem. B、J. Am. Ceram. Soc.等发表SCI、EI论文50余篇，被SCI引用900余次，单篇最高被他引138次。授权发明专利16项，合作出版专著4部，参编国家级教材1部，组织、参与编写领域内中、英文专著多章，任《非金属矿物精细化加工》系列丛书副主编。曾获“第十二届中国硅酸盐学会青年科技奖”、“中国矿业、石油与安全工程领域优秀青年科技人才奖”、“全国非金属矿行业青年领军人才”、中国建筑材料联合会·中国硅酸盐学会建筑材料科学技术奖基础研究二等奖（排名第2）、中国有色金属工业协会·中国有色金属学会中国有色金属工业科学技术奖发明一等奖（排名第2）、中国建筑材料联合会·中国硅酸盐学会建筑材料科学技术奖基础研究一等奖（排名第4），所编著的图书《低维金属氧化物纳米材料》获得中国有色金属出版物奖图书奖一等奖。
供稿：苗超
排版：IJMMM
《矿物冶金与材料学报（英文版）》(InternationalJournal of Minerals, Metallurgy and Materials，IJMMM)是由教育部主管、北京科技大学主办、Springer Nature合作出版的英文学术期刊，1994年创刊，月刊。主要刊载矿物、冶金和材料领域的原创研究论文和特约综述等。被SCIE，EI，CAS，Scopus，ProQuest，OCLC，INSPEC等国际著名文摘或检索系统作为文献源期刊收录。入选中科院期刊分区二区。2020 JCR影响因子为2.232，在冶金与冶金工程学科位于Q2区。2020 CiteScore为3.2，在材料科学-金属与合金类期刊中排名第41位（共153种期刊），位于Q2区前列。入选《有色金属领域高质量科技期刊分级目录》T1级别；《冶金工程技术领域高质量科技期刊分级目录》T1级别。
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