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“窑街煤电油页岩半焦综合利用产业化关键技术研究”项目通过验收

黏土矿物/生物炭复合材料微观形貌

近日，由中国科学院兰州化学物理研究所承担“窑街煤电油页岩半焦综合利用产业化关键技术研究”项目顺利通过兰州市科技局组织的专家验收。验收组听取了项目汇报，审阅了验收材料，经质询和讨论一致认为，该项目完成了任务合同书规定的各项工作任务和考核指标，项目经费使用合规。

据统计，我国工业固体废物年产生量约33亿吨，历史累计堆存量超过600亿吨，造成了严重的资源浪费和环境污染，固体废物的处理处置已刻不容缓。油页岩半焦是油页岩经干馏炼油后剩余固体废弃物，由于油页岩矿化程度高，含油量低，油页岩半焦产量巨大，仅甘肃窑街煤电集团有限公司每年产出约60万吨，主要以堆存来处理，兼有污染和资源双重属性。目前，固体废弃物的减量化、无害化、资源化是国家重要的发展战略之一，也是打好环境污染防治攻坚战和建设美丽中国的重要保障。

窑街煤电集团有限公司油页岩半焦富含有机质和高岭石、伊利石、伊蒙混层黏土、石英、磁铁矿等矿物质。基于对油页岩半焦矿物学属性的认知，中国科学院兰州化学物理研究所王爱勤研究员团队提出从矿物材料视角探究油页岩半焦资源化利用途径。利用窑街煤电集团有限公司油页岩半焦富鉄低钙的特性，直接以油页岩半焦所含矿物质为基体，分别采用水热技术、机械力化学法构筑了高性能铁系杂化颜料，系统考察了油页岩半焦掺量、晶化温度等因素对杂化颜料颜色的影响行为，揭示了杂化颜料中矿物质与颜料纳米粒子之间的表界面作用机制，实现了杂化颜料在防腐涂料和陶瓷颜料领域的功能应用，优化定型了油页岩半焦基铁红杂化颜料的产业化工艺条件。研发的系列杂化颜料具有优异的呈色性能、热稳定性、耐酸性和耐盐雾性能，可替代现有市售铁系颜料应用于防腐涂料和陶瓷颜料等方面。

由于油页岩半焦富含矿物质和有机质，项目组研究人员采用油页岩半焦对模拟煤矸石场地进行修复，结果表明不同用量油页岩半焦对植物生长有明显影响。由于有机质中含有微量多酚类物质，当油页岩半焦用量大于15wt%时对植物生长有一定抑制作用。在此基础上，采用惰性气氛下原位热解炭化油页岩半焦中有机质制备了黏土矿物/生物炭复合材料，与窑街煤电集团有限公司合作建成1wt/a黏土矿物/生物炭复合材料生产线，并与相关单位联合在陇南、定西、武威和张掖等地开展了农业种植和土壤改良应用试验，施用黏土矿物/生物炭复合材料有效提升了土壤理化性能和农作物产量。

此外，基于以废治废的策略，研究人员利用水热辅助酸、碱处理油页岩半焦，构筑了不同功能吸附材料，实现了对水体阴/阳染料分子、重金属离子等污染物的高效吸附此外，黏土矿物基有机/无机复合保水剂有较好的吸水保水性能。研究人员采用油页岩半焦通过自由基聚合反应制备了系列有机/无机复合功能保水剂。

研究表明，当油页岩半焦用量为15wt%时复合保水剂具有最高吸水倍率。通过引入天然高分子和黄腐酸等可赋予复合保水剂降解、缓释和促生长功能；利用煅烧油页岩半焦中铁氧化物构建了绿色氧化还原聚合体系，实现了室温条件复合保水剂的可控制备；基于油页岩半焦的双亲属性，通过Pickering乳液技术可制备具有吸水保水和缓释肥料的多功能复合保水剂。该系列研究工作为油页岩半焦在节水农业中的应用开辟了新途径。

兰州日报社全媒体记者华静