王愛勤研究員

　　王愛勤（右二）在張掖臨澤考察凹凸棒石礦分布情況。

　　王愛勤（右二）向中國工程院院士印遇龍（右一）介紹凹凸棒石霉菌毒素研發(fā)與應(yīng)用情況。

　　王愛勤（右）與蘭州化物所所長王齊華（左）研究甘肅凹凸棒石品位。（本版圖片由中科院蘭州化物所提供）

　　新甘肅·甘肅日?qǐng)?bào)記者 秦娜 通訊員 趙玉琴 毛可麗 劉曉程

　　5月18日，在張掖市臨澤縣召開的甘肅凹凸棒石創(chuàng)新發(fā)展研討會(huì)上，眾多國內(nèi)專家聚焦凹凸棒石創(chuàng)新發(fā)展成果，多項(xiàng)臨澤縣凹凸棒石產(chǎn)業(yè)發(fā)展開放課題項(xiàng)目現(xiàn)場簽約。隨著產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同創(chuàng)新平臺(tái)的搭建運(yùn)行，甘肅凹凸棒石產(chǎn)業(yè)發(fā)展又邁出堅(jiān)實(shí)一步。

　　凹凸棒石到底是什么？為什么如此受人垂青……原來，凹凸棒石是一種黏土礦物質(zhì)。它主要形成于距今上億年前的白堊紀(jì)和第三紀(jì)時(shí)期。在黏土界，它有“千土之王”“萬用之土”的美譽(yù)。人們吃的大豆油需要用它脫色，以過濾掉黃曲霉素等有害成分；添加它做成的面膜，會(huì)更加平滑、通氣、吸油力強(qiáng)，且高度環(huán)保；在食品包裝袋中，用它吸收水分，食品會(huì)香脆可口……

　　然而，這樣一種神奇的黏土礦物在過去很長時(shí)間里卻被人們當(dāng)作“土”用。如今，將它“點(diǎn)石成金”的人，正是中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所的王愛勤研究員及其團(tuán)隊(duì)。專注凹凸棒石研發(fā)近20年，他們讓我國凹凸棒石研發(fā)水平從“跟跑”變?yōu)椤邦I(lǐng)跑”。

　　1 “結(jié)緣”凹凸棒石

　　王愛勤說，他與凹凸棒石的緣分好像是“命中注定的”，他第一次接觸到的凹凸棒石來自甘肅臨澤。

　　2000年，一位企業(yè)家拿了塊臨澤當(dāng)?shù)氐酿ね恋V找到王愛勤，向他介紹：“這個(gè)黏土礦是凹凸棒石，吸水能力可以達(dá)到1比300，可以做保水劑使用?！蓖鯋矍诋?dāng)時(shí)正在做有機(jī)無機(jī)復(fù)合保水劑研究，看到這種“神奇的黏土礦物”立即進(jìn)行了測試。但結(jié)果顯示這種黏土礦物的吸水性并不高。

　　在好奇心驅(qū)使下，王愛勤查閱了大量資料，發(fā)現(xiàn)原來這種黏土礦物很不簡單，它具有特殊的棒狀晶束形貌和規(guī)整的孔道結(jié)構(gòu)。能否用凹凸棒石的棒晶在保水劑制備中起到物理輔助交聯(lián)作用呢？

　　懷著忐忑的心情，王愛勤指導(dǎo)博士生進(jìn)行了相關(guān)研究。他們驚奇地發(fā)現(xiàn)，凹凸棒石添加量在30%時(shí)仍能達(dá)到單純丙烯酸聚合保水劑的吸水能力，而凹凸棒石正是起到了類似混凝土中“鋼筋”的作用。

　　之后，在國家“863”和中國科學(xué)院“西部行動(dòng)”等項(xiàng)目的支持下，王愛勤帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)開展了凹凸棒石的改性研究，優(yōu)化出利用凹凸棒石制備有機(jī)無機(jī)復(fù)合保水劑的最佳工藝條件，并在2004年與山東一家企業(yè)合作實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)品應(yīng)用于蘭州市南北兩山綠化和旱作農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。

　　保水劑的成功并沒有讓王愛勤團(tuán)隊(duì)停下凹凸棒石研究的腳步。相反，完成“打醬油”期后，他們對(duì)凹凸棒石的“感情”也更加“深厚”了。

　　王愛勤介紹，凹凸棒石是一種具有棒狀晶體結(jié)構(gòu)的含水富鎂的鋁硅酸鹽礦物，也是一種天然的納米材料，結(jié)構(gòu)負(fù)電荷和孔道使其具有很強(qiáng)的吸附、懸浮、觸變、增韌補(bǔ)強(qiáng)能力。因而在國外被廣泛應(yīng)用于化工、建材、造紙、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、環(huán)保和食品等多個(gè)領(lǐng)域。

　　王愛勤在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，早在上世紀(jì)90年代，一些外國公司就從國內(nèi)大量采購凹凸棒石黏土礦，“以每噸100元的價(jià)格把礦石買過去，加工成產(chǎn)品，再以每噸2萬元以上的高價(jià)賣給我們?！闭f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(chǎn)品，差價(jià)就是200倍！”

　　我國的凹凸棒石礦發(fā)現(xiàn)于上世紀(jì)70年代中期，初級(jí)應(yīng)用起步于1983年，到本世紀(jì)初產(chǎn)品的開發(fā)仍處于跟蹤模仿階段。“盡管我國凹凸棒石產(chǎn)業(yè)發(fā)展起步較晚，但我們必須走高值化利用發(fā)展路徑，”王愛勤堅(jiān)定地說。為此，2007年，王愛勤等人合作出版了《凹凸棒石黏土應(yīng)用研究》一書，系統(tǒng)總結(jié)了我國凹凸棒石研究取得的階段性成果，指出了我國凹凸棒石開發(fā)利用存在的問題，提出了凹凸棒石深層次開發(fā)的方向。

　　“就在寫完那本書的時(shí)候，突然覺得我們有責(zé)任深化對(duì)凹凸棒石的研究，也更有興趣探究凹凸棒石的新用途?！蓖鯋矍谡f，于是，團(tuán)隊(duì)從復(fù)合材料的研發(fā)轉(zhuǎn)向了凹凸棒石本身。

　　2 “情定”凹凸棒石

　　盱眙地處江蘇北部，因其豐富的凹凸棒石資源，有著“中國凹土之都”之稱。但多年來采用干法傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)，產(chǎn)品附加值較低，產(chǎn)業(yè)鏈也較短，直到2010年底盱眙縣的凹凸棒石產(chǎn)值還不到4億元。

　　早在2003年，王愛勤就到過盱眙，考察了這里的凹凸棒石。因是火山噴發(fā)沉積而成，純度高、色澤較白是蘇皖凹凸棒石的特色和優(yōu)勢(shì)。于是，從2007年開始，他們將目光聚焦到江蘇盱眙。在前期研究的基礎(chǔ)上，2008年，王愛勤團(tuán)隊(duì)與當(dāng)?shù)匾患移髽I(yè)合作建立了“凹凸棒石研發(fā)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”，決定走濕法高值利用工藝之路，使“黃金資源發(fā)揮黃金效益”。

　　為了進(jìn)一步推動(dòng)政產(chǎn)學(xué)研的有效結(jié)合，2010年，王愛勤掛職盱眙縣副縣長，負(fù)責(zé)籌建中科院與盱眙縣共建的“中科院盱眙凹土應(yīng)用技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化中心”，王愛勤和團(tuán)隊(duì)率先入駐中心，并先后引進(jìn)了6個(gè)團(tuán)隊(duì)。

　　“大自然真是偉大，一維的納米棒晶、規(guī)整的孔道……”王愛勤毫不吝嗇地表達(dá)著對(duì)凹凸棒石的偏愛?！暗纪拱羰咧祽?yīng)用的最大困難，就是如何解離棒晶束。”王愛勤解釋道，“天然形成的凹凸棒石棒晶大多以鳥巢狀或柴垛狀聚集，要發(fā)揮納米材料特性，就必須在不損傷納米結(jié)構(gòu)的前提下進(jìn)行凹凸棒石棒晶束的高效解離。而這也是制約凹凸棒石產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的世界性難題，當(dāng)時(shí)尚無任何經(jīng)驗(yàn)可循?！?/p>

　　王愛勤介紹，國內(nèi)外研究者通常采用高速攪拌、超聲、碾磨和冷凍等傳統(tǒng)處理方式，要么只能實(shí)現(xiàn)棒晶束部分解離，要么會(huì)損傷晶體固有的長徑比，影響其納米性能的應(yīng)用。因此，必須另辟蹊徑。

　　“一定要攻克這些難題！”王愛勤堅(jiān)定地說。而這一做就是五年。

　　王愛勤帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)研究了各種處理工藝對(duì)凹凸棒石微觀結(jié)構(gòu)的影響和棒晶的損傷程度，在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，逐漸發(fā)展出“對(duì)輥處理—制漿提純—高壓均質(zhì)—乙醇交換”一體化工藝。這一工藝在保持凹凸棒石固有長徑比的前提下，成功實(shí)現(xiàn)了棒晶束的高效解離，棒晶達(dá)到納米級(jí)分散，解決了干燥過程中納米棒晶的二次團(tuán)聚問題，實(shí)現(xiàn)了礦材料到納米材料的華麗轉(zhuǎn)身。基于此，2014年，王愛勤編撰出版了《凹凸棒石棒晶束解離及其納米功能材料》一書。這項(xiàng)技術(shù)還獲得了2015年度江蘇省科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)。

　　有了凹凸棒石棒晶束解離技術(shù)，凹凸棒石高值應(yīng)用就水到渠成了。王愛勤團(tuán)隊(duì)很快就研發(fā)出礦物凝膠、高效棕櫚油脫色劑、霉菌毒素吸附劑等高值產(chǎn)品，并應(yīng)用到市場中。

　　一直以來，各種霉菌毒素的危害困擾著畜牧業(yè)發(fā)展，并且危害人體健康。王愛勤帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性的研發(fā)了凹凸棒石玉米赤霉烯酮和嘔吐毒素吸附劑，并與企業(yè)合作建成了全自動(dòng)化生產(chǎn)線，該項(xiàng)目獲批江蘇省科技廳2016年度重大成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目，填補(bǔ)了我國高端霉菌毒素吸附劑自主研發(fā)和生產(chǎn)領(lǐng)域的空白，打破國外產(chǎn)品在此領(lǐng)域的技術(shù)和市場壟斷。

　　引進(jìn)的創(chuàng)新研發(fā)團(tuán)隊(duì)為凹凸棒石產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了技術(shù)支撐，制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展的棒晶束解離關(guān)鍵共性技術(shù)取得突破，但還缺少公共測試和服務(wù)平臺(tái)。在中科院南京分院的支持下，王愛勤申請(qǐng)到了中國科學(xué)院科技服務(wù)網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃（STS）區(qū)域中心“江蘇凹土產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新體系與示范服務(wù)平臺(tái)建設(shè)”項(xiàng)目和江蘇省凹土材料產(chǎn)品檢測技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成立了全國非金屬礦產(chǎn)品及制品標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)凹凸棒石工作組，全面貫通了凹凸棒石產(chǎn)業(yè)發(fā)展的人才平臺(tái)、研發(fā)平臺(tái)和檢測服務(wù)平臺(tái)。

　　截至目前，在當(dāng)?shù)卣畡?chuàng)新驅(qū)動(dòng)戰(zhàn)略引導(dǎo)下，盱眙縣已建成55家凹凸棒石黏土加工企業(yè)，形成了獨(dú)具特色的產(chǎn)業(yè)集群和助推產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“盱眙經(jīng)驗(yàn)”。

　　3 “智造”凹凸棒石

　　王愛勤并沒有沉浸在“盱眙經(jīng)驗(yàn)”的成功中，在他心里一直有一個(gè)“結(jié)”，這就是凹凸棒石的結(jié)緣之地——甘肅臨澤。

　　出生于甘肅民勤，畢業(yè)于蘭州大學(xué)化學(xué)系，工作在中國科學(xué)院蘭州化物所的王愛勤，始終有一種“甘肅情結(jié)”。而隨著年齡的增長，想為甘肅做些事兒的愿望就越強(qiáng)烈?！氨仨氄业礁拭C凹凸棒石高值利用方式?！蓖鯋矍谙露Q心。就這樣，在有關(guān)部門的支持下，王愛勤從2017年開始將工作重心從江蘇盱眙轉(zhuǎn)移到甘肅。

　　然而，不同于盱眙高品位凹凸棒石，甘肅地區(qū)的凹凸棒石多呈紅色，同時(shí)伴生多種其他礦物，難以開發(fā)高附加值的產(chǎn)品，這也嚴(yán)重制約了甘肅凹凸棒石產(chǎn)業(yè)的規(guī)模發(fā)展。如何讓紅色低品位凹凸棒石結(jié)構(gòu)性“轉(zhuǎn)白”，成了王愛勤團(tuán)隊(duì)必須攻克的又一個(gè)難題。

　　“早在2008年進(jìn)行凹凸棒石棒晶束解離研究的時(shí)候，我們就在關(guān)注甘肅凹凸棒石的轉(zhuǎn)白問題?！蓖鯋矍诮榻B，甘肅凹凸棒石是湖相沉積形成的，凹凸棒石本身含量不超過50%，伴生著伊利石和云母等礦物，但混維礦物可以同步轉(zhuǎn)化應(yīng)用。經(jīng)過攻關(guān)，王愛勤團(tuán)隊(duì)在實(shí)現(xiàn)濕法低品位凹凸棒石轉(zhuǎn)白的同時(shí)，還突破了伴生礦的同步轉(zhuǎn)化關(guān)鍵技術(shù)，這對(duì)蘊(yùn)藏低品位凹凸棒石的甘肅等地區(qū)來說，無疑是重大“福音”。2017年，王愛勤團(tuán)隊(duì)的“低品位凹凸棒石關(guān)鍵共性技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用”獲得甘肅省技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)。

　　王愛勤說：“凹凸棒石的奇妙之處，就在于它能因‘石’而異，可研發(fā)出不同的應(yīng)用產(chǎn)品?！痹谘芯窟^程中，王愛勤團(tuán)隊(duì)充分發(fā)揮紅色凹凸棒石黏土本身的顏色特性，制備出新型鐵紅雜化顏料；基于棒晶束解離關(guān)鍵技術(shù)，他們利用凹凸棒石做成了鈷藍(lán)雜化顏料，使每噸生產(chǎn)成本降低了30%左右，既實(shí)現(xiàn)了凹凸棒石的高值化利用，也解決了鈷藍(lán)顏料成本過高的問題，進(jìn)一步拓展了凹凸棒石的應(yīng)用領(lǐng)域。

　　不過，王愛勤并沒有止步于這些成績。如何探索出助推甘肅凹凸棒石產(chǎn)業(yè)發(fā)展的全新“甘肅方式”，是他當(dāng)下最操心的事。

　　近兩年，王愛勤和他的團(tuán)隊(duì)奔波于盱眙、蘭州、臨澤三地。僅2017年，王愛勤就9次前往臨澤，推動(dòng)了甘肅凹凸棒石創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)園的建設(shè)，目前已有3家企業(yè)入駐。

　　然而，臨澤的凹凸棒石產(chǎn)業(yè)發(fā)展是塊“硬石頭”。面對(duì)不同礦點(diǎn)凹凸棒石差異較大，當(dāng)?shù)毓I(yè)幾乎是零起步，引進(jìn)技術(shù)人才困難這三大瓶頸，王愛勤深知，打造“甘肅方式”的路還很長。但是，他卻十分樂觀。王愛勤認(rèn)為，要實(shí)現(xiàn)甘肅凹凸棒石產(chǎn)業(yè)化，必須腳踏實(shí)地，在引進(jìn)優(yōu)質(zhì)企業(yè)的基礎(chǔ)上，建設(shè)柔性智能中試生產(chǎn)線；通過中試生產(chǎn)線來打通研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的瓶頸，并最終實(shí)現(xiàn)高值化的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，同時(shí)形成甘肅凹凸棒石產(chǎn)業(yè)可復(fù)制的發(fā)展路徑。

　　“把論文寫在祖國的大地上，把科技成果應(yīng)用到市場的需求中?！边@是王愛勤時(shí)常掛在嘴邊的話。在他看來，科研工作不僅是發(fā)表論文、申請(qǐng)專利，更要解決實(shí)際問題，實(shí)現(xiàn)科技成果轉(zhuǎn)化。這個(gè)過程注定十分漫長，需要一步一個(gè)腳印走準(zhǔn)、走穩(wěn)。“臨澤就需要在這樣的一條路上慢慢走出來、做起來，只有這樣，才能實(shí)現(xiàn)‘凹凸棒石強(qiáng)縣’的愿景。”王愛勤說。

　　18年來，王愛勤跑遍了國內(nèi)凹凸棒石礦，先后3次去美國交流訪問……這一切都是為了把凹凸棒石“琢磨”透。目前，王愛勤是國際上發(fā)表凹凸棒石SCI論文最多的作者，他連續(xù)兩年入選全球高被引科學(xué)家榜單；他先后申請(qǐng)國家發(fā)明專利82件，其中獲授權(quán)45件，并成功轉(zhuǎn)化4個(gè)產(chǎn)品。他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究與產(chǎn)業(yè)化融通創(chuàng)新發(fā)展，形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)創(chuàng)新鏈，我國凹凸棒石研發(fā)水平由此從“跟跑”變?yōu)椤邦I(lǐng)跑”。

　　2019年1月8日上午，2018年度國家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)在北京人民大會(huì)堂隆重舉行。王愛勤團(tuán)隊(duì)“基于濕法凹凸棒石高值利用關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用”榮獲2018年度國家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。在王愛勤看來，這是對(duì)過去工作的肯定，但更是對(duì)未來工作的鞭策。

　　很多人喜歡用“點(diǎn)石成金”描述王愛勤對(duì)凹凸棒石產(chǎn)業(yè)發(fā)展的貢獻(xiàn)。然而，王愛勤總是謙虛地說自己“沒有那么神奇”。在他眼里，凹凸棒石高值利用是他的夢(mèng)想：它有天然的納米結(jié)構(gòu)，它不可再生，還可以挖掘更多的用途，更要實(shí)現(xiàn)源于自然、用于自然、融于自然的應(yīng)用理念……在王愛勤看來，他的研究和開發(fā)，只是用自己的化學(xué)背景和視角，將礦物轉(zhuǎn)化為功能材料，將實(shí)驗(yàn)室樣品變?yōu)榱水a(chǎn)品，而這些都得益于學(xué)科的交叉和融合。

　　然而了解他的人深知，在實(shí)現(xiàn)礦物到納米功能材料的背后，是王愛勤及其團(tuán)隊(duì)18年如一日的執(zhí)著探索與實(shí)踐。正是因?yàn)樵纪拱羰瑘?jiān)持從基礎(chǔ)到應(yīng)用，從研發(fā)到推廣，并始終以解決市場需求為目標(biāo)導(dǎo)向，才會(huì)取得今天“點(diǎn)石成金”的神奇成效。

　　（原載于《甘肅日?qǐng)?bào)》 2019-06-03 03版）