硅藻的形態(tài)結構和功能

第一章硅藻和硅藻土第一節(jié)硅藻硅藻是一種單細胞藻類，它的形體極為微小，一般只有十幾微米到幾十微米。據(jù)有關資料記載，世界上最小的硅藻只有一微米，最大的硅藻有三、四千微米。由于硅藻殼體十分微小，所以直到顯微鏡問世以后，人們對它才逐漸有所了解。因為硅藻的微小，用眼睛是看不見的，至于對它的形態(tài)、微細結構的研究，就得用電子顯微鏡放大后才能對其作更深一步的研究。硅藻在地球上的分布極為廣泛，幾乎有水的地方都有它的存在。由于硅藻能進行光合作用，自制有機物，加上其繁殖速度快，數(shù)量大，所以它也是水中的動物的氧氣的提供者之一。水產品如漁業(yè)的興衰與它的存在有著間接關系。在不同的水體（如淡水、咸水）中，硅藻的組成不同，并且它生存時代的周圍環(huán)境發(fā)生變化時，生活在這些水體的硅藻也隨之發(fā)生相應的變化。在某些特定的環(huán)境下，例如淡水、陽光充足、水中有大量的火山爆發(fā)后產生的二氧化硅可溶性硅質來源和富含二氧化硅的巖石經風化分解為可溶性硅質來源時，生活在水體中的硅藻能以驚人的速度生長繁殖，它們的遺骸沉積到水底被埋藏起來，當其堆積到一定厚度就成為我們今天所見到的硅藻土。適宜硅藻生長、繁殖的有利條件是：①利于光合作用和沉積作用發(fā)生和進行的淺水盆地;②有豐富的可溶性二氧化硅的來源;③有豐富的營養(yǎng)物供應。硅藻是組成硅藻土的主要部分，而硅藻堆積時共生和伴生有各種各樣的雜質與其一起堆積，一張辦公桌幾天不清掃一下，也會落上一層灰word完美格式塵，何況漫長的堆積過程中，不可避免地雜質也將與硅藻堆積在一起，成為硅藻土，為此，可以說硅藻土除了含有硅藻外，不可能不含有其他雜質。而我們優(yōu)選硅藻精土，就是把原土中的硅藻富集起來，把其共生的雜質出去。第二節(jié)硅藻的形態(tài)和結構每一個活的硅藻細胞都有上下兩個殼，它的上殼比下殼稍大，互相扣合在一起構成一個硅藻細胞（如圖1所示）。c“J圖1硅藻細胞縱切面A、表面，B、下殼，C、環(huán)殼面，D、上下殼連接帶每個殼都由殼面，環(huán)殼面，上下殼連接帶三部分組成。每個細胞的上殼是母細胞，下殼是子細胞。當子細胞與母細胞分裂后長大，硅藻就繁殖起來，每個硅藻細胞腔內有一個細胞核，細胞核內有一至多個細胞仁，細胞核被細胞質所裹，細胞內也含有載色體、淀粉粒和油粒，這是硅藻進行光合作用吸收來的營養(yǎng)的生成。硅藻繁殖好有一比，像雞下蛋，硅藻土殼分出下殼子細胞，它殼內有蛋黃即細胞核，word完美格式蛋黃外有蛋白即細胞質，蛋殼即硅藻外殼，現(xiàn)在我們在顯微鏡下所看到的僅只是硅藻的遺骸，即一個蛋殼了，其余部分在埋藏過程中早已揮發(fā)。硅藻的外形主要有兩種類型：一種以圓形為主，殼面大都呈輻射對稱（上下左右對稱），另一種呈針形、線性、舟形。殼面大都呈兩側對稱（即長寬不一樣），殼面以圓形為主的種類，可以為圓筒形、圓柱形和圓盤形。由于圓筒形和圓柱形的硅藻殼體的環(huán)殼面高度大于上下殼面直徑，所以在顯微鏡下觀察時，通常見到的是這類殼體的環(huán)殼面，例如直鏈藻屬（如圖2所示）。它本是一個圓柱形，但在玻片上它不能直立存在，而是睡在玻片上，所以鏡下觀察它就成了長方形。由于它分成上殼和下殼的圓柱，所以鏡下看到的是一個“日”字。為此我們必須要把它認定為是直鏈藻。- I圖2直鏈藻屬的形態(tài)A、顯微鏡下所看到的形態(tài)，B、實際上存在的形態(tài)word完美格式圖3小環(huán)藻的形態(tài)A、顯微鏡下所看到的形態(tài)，B、實際上存在的形態(tài)當殼體的環(huán)殼面高度小于殼面直徑時，硅藻殼體呈圓盤形，在顯微鏡下，觀察時通常見到的是它們的上下殼面，例如小環(huán)藻（如圖3所示）。殼面呈針形、舟形的藻屬在顯微鏡下也只是能看到其上、下殼面，針形、舟形的情況和圓盤形的是一個同樣的道理。如果有這樣一種情況，如果一個硅藻的殼面，它的厚度或者稱高度和它的上下殼面直徑大小差不多，則在鏡下可能看到其殼面圓形，也可能看到其側面即環(huán)殼面正方形或略長方形。了解與掌握硅藻的這些基本形態(tài)結構，在顯微鏡下觀察時，就能對不同形態(tài)的硅藻的藻屬做出正確的判斷。研究硅藻，其實質上就是研究硅藻的殼壁。無論是硅藻的分類研究，還是硅藻的應用研究，都是以研究硅藻殼體外形和殼壁上的結構變化為基礎，包括硅藻殼壁的組成，殼壁上的各類微細結構，如孔紋、小刺和殼縫等。硅藻的殼壁是很薄的，極大多數(shù)都在1/4微米，即0.001pm以下，由非晶質SiO2和果膠組成（果膠是一種由含結晶水的蛋白質），組word完美格式成殼壁的非晶質SiO2化學物質分析測試中與石英晶質SiO2的值雖然相同，但他們之間有著本質上的不同。硅藻的殼壁有內外兩層，幾乎所有硅藻殼壁的外層殼壁上都有呈不同形式排列的小孔，這些小孔有的穿過內層殼壁與內腔相通，有的則不穿過內層殼壁，這種差異是導致不同硅藻土具有不同特性的原因之一。硅藻殼壁上小孔形態(tài)，大小和排列方式的差異，是導致殼壁結構千變萬化的主要原因。殼壁結構非常復雜，這是一門專門對其研究的新學科學問。在此不能一一介紹，現(xiàn)僅對三種主要孔紋作說明：它們是點紋puncta、線紋stzia和肋（⑹紋cqsta。我們通過透射電子顯微鏡和掃描電子顯微鏡對硅藻殼壁上的這三類孔紋進行觀察、研究，發(fā)現(xiàn)這三類孔紋都是由孔徑大小不同的小孔所組成。過去所指的點紋是指那些孔徑較大，孔與孔之間存在一定距離的小孔，在光學顯微鏡下觀察時，這類小孔就呈現(xiàn)不同互不相連的點紋。過去所指的線紋實際上是一些孔徑較小，排列較緊密的小孔組列而成，只是由于光學顯微鏡的分辨率所限，無法將它們分辨開，因此在顯微鏡下觀察時，就被視為線紋。在掃描電子顯微鏡下觀察，就可以看到這類線紋是由微細小孔組列而成的。肋紋這一名稱最初是專指羽紋藻屬，殼面上呈羽紋狀排列的粗狀線紋，后來通過電子顯微鏡的觀察，發(fā)現(xiàn)這類紋飾是由呈蜂窩狀排列的微細小孔組成的，將這類孔紋列稱之為蜂孔，蜂孔之間的硅質加厚處稱為肋。這些孔紋雖各式各樣，但都是活著的硅藻細胞的體內，與外界生存條件，如水、養(yǎng)料、光合作用等的通道，這類結構也是硅藻分類的主要依據(jù)。word完美格式在有些硅藻殼面上，除了具有大小不同的小孔外，殼面周圍邊緣還有小刺，這些小刺有的起殼體與殼體之間的連接作用，稱為連接小刺，有的僅起增大在水中的浮力作用。殼縫是羽紋目硅藻殼面上的一個特有的構造。在顯微鏡下觀察時呈線形，殼縫是活的硅藻在水中移動的一種管子，在硅藻分類學上殼縫也是一個重要的依據(jù)。假殼縫是羽紋目中的彎桿藻科所特有的一種構造，從顯微鏡觀察在殼壁上呈條狀。管殼縫，它的構造比殼縫要復雜，僅存在于網(wǎng)眼藻科的菱形藻類特有，它通常位于殼面的一側呈管狀。唇形突、支持突，這兩個超微結構是在70年代初由海斯兒(Hasle)發(fā)現(xiàn)和命名的，它們是殼壁上一種特有結構，唇形突長在硅藻殼面內壁，由兩片很薄的唇形物扁形管狀組成，一端向內，一端在殼面外側。支持突和它類似，一端在殼體內，一端在殼體外，所不同的是它是一根空心小圓管。隔片是某些硅藻殼體內的一種特殊結構，有的體內只有一個隔片，有的有許多隔片把硅藻分成幾個形似小室的空間，但隔片上都有穿孔以使被分離的殼體相互溝通。總之，目前對硅藻的研究在我國僅僅只是一個開始，對于我們從事硅藻土專業(yè)技術的人來說，研究物性及硅藻的結構和形態(tài)是不可能缺少的基礎，否則在電鏡下面出現(xiàn)的遺骸，我們對它一無所知，那word完美格式一定會出現(xiàn)把硅藻當作其它化石，而也必定會把不是由硅藻遺骸組成的相似巖石礦物當作硅藻土，則根本談不上是從事硅藻土的研究的人，就稱不上是懂得或精通這門專業(yè)技術，而只是從事或在硅藻土企業(yè)中工作的職工，也最起碼應懂得一點硅藻的基礎知識。第三節(jié)硅藻土硅藻土是以硅藻遺?。んw）為主的一種生物沉積巖。在非液相（包括淡水、微咸水和咸水）硅藻土中常伴有淡水海綿骨針，金藻內生抱子等生物遺骸。淡水海綿骨針和金藻［一種淡水藻類］內生抱子均為淡水中生成的生物的遺骸。在液相硅藻土中，除硅藻遺骸外常伴有硅鞭毛類、放射蟲等硅質生物遺骸。（硅藻鞭毛蟲是咸水海洋中一種能吸收可溶性二氧化硅的生物，它的遺骸也含有二氧化硅，與硅藻的區(qū)別是遺?。んw）上沒有眾多的小孔，放射蟲是一種海水中生長的低級生物，也有吸收可溶性二氧化硅的能力，其遺骸也含二氧化硅，但遺骸上也沒有小孔。）硅藻土中不可避免的與硅藻遺骸共存有：①粘土礦物（非金屬礦物）蒙脫石、伊利石、高嶺石、水云母、絹云母以及用閃石、金紅石、灰石等；②碎屑礦物石英、長石、錯石、海綠石、白云石等；③金屬礦物褐鐵礦、菱鐵礦、赤鐵礦、鐵染等；④火山灰、硅質巖、滑石、海泡石、彭潤土等；⑤其它硅質生物遺骸，如海綿骨針、金藻硅鞭毛蟲類、放射蟲等；⑥有機質和不能飽和的碳氫化合物等。以上各類雜質①至⑤類雜質中都含有晶質二氧化硅，當我們對硅藻土進行化學分析時，這些雜質中的二氧化硅和硅word完美格式藻遺骸非晶質SiO2是無法區(qū)分開的，必須用X射線衍射分析法和紅外光譜分析法才能測定這些雜質SiO2的相對含量，并且以上各類雜質還給硅藻土中帶來大量的三氧化二鋁、三氧化二鐵、氧化鈦、氧化鈣、氧化鎂、氧化鉀、氧化鈉、五氧化二磷和由碳氧化合物組成的燒矢量，所以對硅藻土的劃分和命名是一個極其復雜的問題。在此特別提起注意的是：“任何一種硅藻原土中都含有不同數(shù)量的石英、長石和粘土礦物等雜質，而這些雜質的化學組分中都有SiO2（晶質硅），所以在化學分析中的SiO2含量包括了這些雜質的SiO2數(shù)量，評價硅藻原土的質量時，不能絕對按化學分析的SiO2含量的高低來判定，例如，燒制玻璃的石英砂的SiO2含量可達99.9%，但它絕不是優(yōu)質硅藻土。第四節(jié)硅藻土的用途世界上第一位將硅藻土應用到工業(yè)領的人是諾貝爾，發(fā)明硝化甘油為了便于儲存和運輸，經過多次試驗發(fā)現(xiàn)硅藻土具有化學惰性和吸水能力強雙重特性，能形成一種容易處理的固體塑膠炸藥。它的爆炸力比同樣數(shù)量的普通炸藥大約高五倍。硝化甘油的流體狀態(tài)、對震動和溫度敏感、運輸困難等主要缺點，卻被有效地消除了。但由于當時顯微鏡技術局限，人們還無法知道硅藻的真實際面目。一、助濾劑助濾劑分為干燥品、煅燒品和助溶劑煅燒品，除去雜質、細菌、word完美格式澄清、漂白。干燥品用于過濾各種植物油。煅燒品用于過濾啤酒、果酒、蘋果汁、食糖和石油。啤酒過濾要求粒度為70?80(至少要30口)。助溶劑煅燒品用于過濾干澄清劑、化學品、工業(yè)用水、游泳池、工業(yè)廢物、藥劑磷酸。二、隔熱保溫材料分為二類：一是隔熱材料，二是微孔硅酸鈣(1)隔熱材料：硅藻土加鋸末或炭末，加粘土壓制煅燒，用于冶金、建材、玻璃、機械、能源、石化、輕化工等行業(yè)。(2)微孔硅酸鈣：是一種有發(fā)展前途的新型保溫材料，具有容重輕、導熱系數(shù)低、強度高等特點。用于工業(yè)絕熱保溫和民用隔熱保溫、隔音、防火。三、催化劑載體①由于硅藻土具有化學穩(wěn)定性，因而成為催化劑的優(yōu)良載體材料。②硅藻土的載體效應用于控制水泥砂漿流動度的損失，控制混凝土坍落度的損失。清華大學試驗表明，摻入硅藻土的砂漿，經一小時流動度由144.25mm降至124.25mm,而摻入2%硅藻能增加混凝土的強度。試驗表明，3天、7天、28天的強度分別提高13%、26%及22%。word完美格式③堿金屬、堿金屬硫酸鹽、硝酸鋅等20多種活性組分做載體，應用于氧化加氫、脫氧、水合、還原、合成等30多種反應中。四、吸附劑：硅藻土具有特殊的孔結構，是優(yōu)良的吸附劑。用于動、植、礦物油脂的脫色。（井水中含鐵，硅藻吸鐵后使井水脫色，而硅藻作色。）五、拋光劑硅藻精土是性質優(yōu)良的軟性研磨材料，在美國和日本被指定為僅允許硅藻精土作為汽車車殼的拋光劑，并用來拋光玻璃、有機玻璃、不銹鋼件、精密件外表、花崗巖、大理石（可將大理石光潔度提高到115度以上）、寶玉、石、金、銀首飾。六、炸藥密度調制劑是硝化甘油良好的載體，稀釋劑，對硝酸銨有分散作用，能減少炸藥間結塊現(xiàn)象。也是穩(wěn)定乳化炸藥膠體的添加劑。諾貝爾是世界上第一個工業(yè)化使用硅藻土的人。七、物理殺蟲劑硅藻土微粒帶有銳利邊緣，粘附于害蟲或與害蟲接觸時不僅刺穿害蟲體表甚至進入害蟲體內，能引起害蟲呼吸、消化、運動、生殖機能混亂，由于硅藻能吸收自身4倍重水份，可致使害蟲體液銳減，失去10%以上體液后死亡。其殺蟲特性為純物理手段，所以害蟲不會產生抗藥性，廣泛應用于糧庫。八、填料word完美格式填料是硅藻土第二大用途：用作涂料、試液、塑料、橡膠、油化、瀝青、水泥等。在聚乙烯生產中用作抗阻劑，在橡膠和塑料中作增強劑，石油化工中作催化劑載體，農業(yè)中作土壤改良劑。動物飼料補充劑，工業(yè)吸附劑、抗燒結劑，炸藥穩(wěn)定劑，水泥、混凝土、鉆井泥漿添加劑。八、其他用途微孔玻璃、復合多效顆粒肥、電焊條包皮、微生物繁殖、牙膏填料、高等化妝品原料、天然干燥劑、冷藏設備等。word完美格式第二章硅藻泥的發(fā)展與應用第一節(jié)硅藻泥的發(fā)展硅藻泥，作為工業(yè)品出現(xiàn)，最早源于日本。日本資源匱乏并沒有優(yōu)質的硅藻土礦，一種含有硅藻土的頁巖，其中含有大量泥土雜質經過加工和科學的配方，以軍事和工業(yè)用途逐漸延伸至民用。但事實上早在硅藻泥工業(yè)品之前，世界各地的人們對“硅藻泥”都有應用。早期都作為保溫隔熱材料。比如我們公司礦區(qū)的所在地，克什克騰旗，當?shù)厝撕茉缇土鱾髦笆褂煤卖攷斓陌啄嗄ǚ孔佣臎觥钡恼f法。已經上千年了，只是當?shù)鼐用癫⒉恢来恕鞍啄唷本褪枪柙逋?。披滿包括房頂在內的整個房子。夏季到來，由于原始硅藻原土是天然的保水和保肥材料又混有草籽，所以披滿這種硅藻土的房子青草尤為茂盛。雖然現(xiàn)在房屋已經多為磚瓦結構但當?shù)刂两袢匀辉谑褂?。這也是我們品牌綠之舍的靈感來源。現(xiàn)代硅藻泥，是由工業(yè)發(fā)展結合人們生活需要所發(fā)展而來，這種新型的墻壁材料。跟隨人們生活水平的提高，符合人們的三大需求：1、對美的需求，新型的硅藻泥壁材具有極強的裝飾型和可塑性?？梢詽M足人們對個性美和對藝術美相結合的追求。2、對環(huán)保的需求，工業(yè)發(fā)展給人們好處的同時帶來的最大困擾就是各種毒素對人體的侵蝕。硅藻泥本身為天然礦物材料，不具備有毒有害元素。word完美格式3、功能性需求，世界公認眾所周知硅藻泥是具有凈化空氣、調節(jié)濕度、釋放負氧離子等功能的室內健康裝飾壁材。所以硅藻泥成為替代傳統(tǒng)墻壁涂覆材料的最佳產品。代表著未來墻壁材料的發(fā)展趨勢。第二節(jié)硅藻泥的特性目前硅藻泥做為中高檔墻壁涂覆材料因其特有的不可代替的功能性主要應用在建筑內墻，通過手工匠藝或模具等實現(xiàn)各種花色圖案的施工。硅藻泥本身所固有的特性：1、可塑性，硅藻泥不同于液體涂料和固體裝飾材料，具有極強的可塑性，施工具有高度自由性。通過工具和手工可塑造出多種形式的圖案和花紋，有很強的表現(xiàn)力和質感（平涂型硅藻泥也具有同樣的性能）。2、調節(jié)濕度，實際來源于呼吸性能，所謂呼吸性能的核心是由于硅藻表面的納米級微孔，吸附與釋放水分子。（硅藻泥的放濕功能與加濕器完全不同，事實上加濕器某種程度上對人體是有害的）3、亞光性，其性能源自硅藻的表面凹凸不平，對光線形成漫反射。4、隔音、保溫，硅藻泥自身的蜂窩狀多孔的分子結構，因此具有很強的降低噪音功能，可以有效的吸收對人體有害的高頻音段，并減低頻噪功能。并且熱傳導率很低，起到保溫隔熱的效果。word完美格式5、治理室內環(huán)境污染，源于硅藻的分子篩純物理吸附，進行分解，通過材料的呼吸性持續(xù)凈化。6、防火，硅藻土本身只具有熔點，沒有燃點，在高溫下失去結晶水，內部孔隙坍塌喪失功能性，但不會燃燒。第三節(jié)硅藻泥的誤區(qū)目前市場上硅藻泥產品名目繁多，某些廠家利用人們對硅藻土的認知不夠，在宣傳上夸大甚至顛倒黑白，通過誤導渠道經銷商來誤導消費者。常見的有以下幾點：1、吸水越多越好，越快約好。吸水量大并不等于好的硅藻泥壁材。海綿體材料吸水性極好但根本不具備硅藻所特有的納米級微孔結構，不具備任何功能。很多廠家出于成本考慮往往在上面做文章。2、硬度越大越好。對硬度的過度追求會使硅藻泥的功能性完全喪失，由于硅藻泥本身的特性其干燥硬度還受施工環(huán)境與工藝的影響。一些廠家為追求硬度會加入白水泥或石膏等高硬材料，已經不能稱之為硅藻泥了。3、弱堿性好，這是一些廠家所用的宣傳手段。飲用水弱堿性對人體有益。但實際所謂弱堿壁材，對人體是完全沒有好處的。其壁材最容易滋生細菌，尤其硅藻材料具有吸濕功能，并且具有很大比表面積更成為霉菌的理想菌床，其細菌載量是普通墻壁材料的數(shù)倍。（這點毫無異議，在污水治理工程上其中一項就是利用了硅藻土的巨大比word完美格式表面積和微孔特性培養(yǎng)硝化細菌，形成其內部厭氧外部好養(yǎng)微生物菌球，其載菌量是活性污泥的數(shù)十倍。而改性堿性硅藻土則會將硝化細菌殺死并抑制滋生）如果不做處理，這些大量繁殖的肉眼不可見細菌會排放出大量有害物質，隨硅藻泥的呼吸效應不斷釋放到空氣中。危害性巨大。一些廠家為了抗菌，加入化學抗菌材料。雖有抗菌效果卻又形成污染源，違背硅藻泥的環(huán)保特性。而另外一些廠家對于隱患根本不做處理，這是極為不道德的行為。以中性乳膠漆為例必須添加抗霉劑，而添加天然礦物堿性材料不用添加有毒性的化學助劑就能達到抑菌目的，有效抑制細菌滋生，是整個涂料產業(yè)的共識。事實上這點人們早有認知，古人選擇天然礦物墻面涂覆材料即便是使用非堿性材料也必須要添加草木灰以抗霉菌。所謂“弱堿