专家简介：牟斌，男，1983年生，甘肃礼县人，理学博士，中共党员，中国科学院兰州化学物理研究所研究员，现任甘肃省黏土矿物应用研究重点实验室副主任。入选中国科学院“西部之光”人才培养计划、中国科学院青年创新促进会、江苏省“333”人才工程第三层次和陇原青年创新创业人才计划。
凹凸棒石，一个听起来拗口的名字，其实是一种稀有的天然非金属矿物，主要分布在甘肃临泽、江苏盱眙和安徽明光，已广泛应用于食品、化工、建材、医药、农业、环保等诸多领域，享有“千用之土，万土之王”的美誉。但是，作为一种“土”要融入我们的生活中，就离不开无数科研人员的努力，中国科学院兰州化学物理研究所牟斌研究员就是其中一员。
凹凸棒石带来“好颜色”
2011年，牟斌从兰州大学博士毕业来到兰州化物所的时候，正值王爱勤研究员在江苏盱眙开展凹凸棒石棒晶束解离纳米化的技术攻关。
“当时王老师面试的时候问我，为什么想做科研？我说是因为真正喜欢从事科研工作。”牟斌回忆道。
牟斌进入王爱勤科研团队之后，一边深入研读国内外关于凹凸棒石的文献资料，加强对其结构和理化性能的认知。同时，一有时间，他就钻进“土”里，按照团队研究部署开展相关工作。王爱勤研究员带领团队历时5年，实现了凹凸棒石从矿物材料向纳米材料的华丽转变，解决了凹凸棒石“高质低用”的世界性技术难题，该技术也因此获得了2015年度江苏省科学技术一等奖。
“在解决了制约凹凸棒石产业发展的关键共性问题后，我们团队在王老师的带领下逐步研发出凹凸棒石无机凝胶、高效棕榈油脱色剂、霉菌毒素吸附剂等系列高附加值产品，并实现了产品产业化，有利推动了江苏凹凸棒石产业的快速健康发展。”牟斌说。在掌握凹凸棒石结构及其功能精准调控的基础上，王爱勤团队将研究重心逐步转移到制约甘肃凹凸棒石资源高值化利用关键科学和技术问题，以期助推我省凹凸棒石产业和地方经济高速发展。
工作中的牟斌（左）
钴蓝颜料是一种高性能环保无机颜料，具有优异的耐热、耐候和耐酸碱性能，在蓝色色系颜料中具有不可替代性，市场对钴蓝颜料高端产品一直有迫切需求。但钴矿在自然界中分布较少，钴化合物价格较贵，钴蓝颜料的售价在20~30万元/吨。同时，传统方法生产的钴蓝颜料粒径较大、粒度分布不均匀，不具备高端钴蓝颜料的品质，难以实现大规模推广应用。
基于钴蓝颜料强劲市场需求和现有产品性能缺陷，牟斌拟采用甘肃丰富的凹凸棒石构筑高性能钴蓝杂化颜料，但问题接踵而至。甘肃凹凸棒石色泽深、组成相对复杂、伴生矿物多，并且钴蓝颜料纳米粒子在后高温续晶化过程中的团聚和尺寸增大等问题都非常棘手。在王爱勤研究员的指导下，在团队解决了甘肃凹凸棒石色泽转白关键问题的基础上，牟斌采用共沉淀和后续高温晶化法，创制了钴蓝/凹凸棒石纳米杂化颜料，揭示了钴蓝杂化颜料形成和呈色机理，带领研究小组攻克了钴蓝杂化颜料批量生产关键技术和工艺难点，产品生产成本比现有市售国外同类产品降低40%。这一研究成果不仅提升了颜料综合性能，还将省内凹凸棒石的“资源优势”“技术优势”转向“经济优势”。该研究得到了中国科学院STS区域重点项目、甘肃省科技重大专项和兰州市科技重大专项的资助支持，并于近日获得了2020年非金属矿科学技术基础研究类一等奖。
“钴蓝杂化颜料着色力好、色彩饱和度高、耐高温可达1200℃，并且凹凸棒石的引入有效解决了高温晶化过程中颜料粒子团聚和尺寸增大的固有顽疾。因此，我们很快与西北永新涂料有限公司达成合作，并建成年产1000吨的钴蓝/凹凸棒石杂化颜料湿法生产线，实现了钴蓝杂化颜料在高端涂料中的推广应用，形成了具有自主知识产权的技术创新链。”牟斌介绍道。
在此基础上，根据环保无机颜料市场需求，以牟斌为主的矿物颜料研发小组相继开发了高性能黏土矿物基铋黄、铁红纳米杂化颜料，并拓宽了杂化颜料应用领域。
凹凸棒石吸附“高价值”
“我国土壤污染总体形势严峻，土地过度使用和金属污染严重、农药和有机污染物残留量高，是目前我国农业面临的最为突出的问题。凹凸棒石具有非常强的吸附性能，能有效遏制土壤中重金属、有机污染物扩散和植物吸收，在土壤修复方面潜力巨大。”牟斌说。
凹凸棒石的优良吸附性能在油脂脱色方面已经得到充分体现，凹凸棒石活性白土占据国内大豆油脱色市场80%的份额。但脱色后活性白土就会失去活性变为废土，属于典型的危险固体废弃物。因此，如何实现脱色废土资源化利用一直是困扰油脂企业的重要问题。王爱勤研究员针对油脂脱色废土和吸附有机污染物的废弃吸附剂再生利用，指导由牟斌带领的技术攻关小组发明了原位碳化制备生物炭/黏土矿物复合材料新技术，实现了重金属污染土壤的高效治理，解决了制约黏土矿物基废弃吸附材料的资源化利用和产业发展的关键科学和技术问题，践行了黏土矿物“源于自然、用于自然、融于自然”的生态理念。此外，生物炭/黏土矿物复合材料在土壤中的应用，也为我省发展设施农业奠定了基础。
“王老师针对窑街煤电集团有限公司油页岩半焦产量和堆存量大，综合利用率低，深层次的开发利用尚属空白的现状，基于团队近20年在矿物功能材料研究积累的基础，创新性地提出从矿物材料视角探索油页岩半焦综合利用途径，拟采用分步走战略逐步实现油页岩半焦在农业、化工、功能材料等多个领域的产业化应用。因此，基于前期研究基础和工作部署，我开始了油页岩半焦固废资源化利用的研究工作。”牟斌说。此外，2019年1月，牟斌挂职窑街煤电集团有限公司，助力企业实现油页岩半焦资源化高值化利用，并为企业与科研院所交流合作搭建桥梁。
工作中的牟斌（左）
近年来，油页岩作为一种重要的石油补充和替代能源受到了国家高度关注，提炼页岩油是其主要利用途径。油页岩半焦是油页岩经干馏炼油后的剩余固体废物。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，兼有资源和污染双重属性。因此，寻求新的油页岩半焦综合利用途径对于油页岩产业显得尤为关键。
基于窑街煤电集团有限公司油页岩半焦资源属性，牟斌和团队共同开展了油页岩半焦基矿物功能材料研发和性能研究，通过充分利用油页岩半焦组分协同效应开发了土壤改良用生物炭/黏土矿物复合材料和铁红/黏土矿物纳米杂化颜料，在消除半焦固废污染的同时，提升了半焦利用附加值，目前生产线正在建设中。2019年5月24日，在省属国有企业与科研院校技术成果研发承接转化推进会上，该工作被誉为院企合作的点睛之笔。
“这个学生，人很勤恳，愿意钻研，很多相关领域的研究任务我们都是同步开展，提早突破技术瓶颈，才能为国有企业营造创收点。”王爱勤说。高分子补强材料、有机/无机抗菌材料、文物修复材料、医用材料、日用洗护、化妆品……凹凸棒石等黏土矿物研究领域及高值化利用方向还可无限畅想，王爱勤带领的团队还在不断探索、不断挖掘。
“我今年37岁了，作为一名青年科技工作者，我会继续在王老师的带领下与团队一起努力，为我们的凹凸棒石研究带来更多的新技术和新成果。同时，也将根据学科发展部署带好研究生，培养矿物功能材料新生科研力量，为实现凹土人的凹土梦而不懈奋斗。” 牟斌说。
目前，牟斌在SCI期刊发表学术论文108篇，曾受邀撰写英文专著章节2章；申请了国家发明专利52项，获得授权30项；并且获得国家、省部级奖励和协会科技成果奖5项。
本报记者 栗金枝
