硅藻土：合成人常用的助滤剂，你了解多少？

硅藻土：合成人常用的助滤剂，你了解多少？

硅藻土是大家做合成都会用到的东西，在过滤很多细小颗粒或者粘稠物质的时候，首先想到的就是架设一个真空过滤器，过滤时铺上一层硅藻土。

硅藻土是一种以硅质岩为主要成分的助滤剂，在有机合成实验室中经常见到，很多地方都需要用到，主要用于过滤钯碳等金属（非均相催化剂），除去液体分离时产生的乳化液。

什么是硅藻土？

硅藻土是亿万年前硅藻遗骸形成的生物成因硅质沉积岩，被誉为“孕育生命的海底草原”。这种藻类的特点是被一层硅酸（二氧化硅，SiO2）的外壳包裹着。尸体中的有机物分解后，只剩下硅酸，硅酸逐渐堆积就形成了硅藻土。从图中可以看出，硅藻有无数的孔隙。通过将这些不溶性颗粒聚集在一起，可以达到只允许液体通过的效果，被广泛用作助滤剂。硅藻土中的硅藻有200多种。硅藻土还含有其他非硅藻残渣。

形成过程：

硅藻土的形成涉及几个步骤：

硅藻的生长：硅藻是在海洋、湖泊和河流等水生环境中生长的微小藻类。

二氧化硅提取：硅藻从水中提取二氧化硅，并利用它构建复杂而多孔的细胞壁，称为硅藻壳。

死亡和积累：硅藻死亡后，其壳会沉到水底，随着时间的推移不断积累。硅藻土物质的积累会形成层或沉积物。

固结：经过数百万年的时间，积累的硅藻材料经过压实和固结形成硅藻土。

采矿：硅藻土矿床通常从采石场或矿坑开采，然后对材料进行加工以获得所需产品，通常是细粉。

为什么硅藻土是一种极好的助滤剂

硅藻土不同于其他传统的三维多孔材料，具有独特的三维多孔结构，从纳米到微米尺度具有很高的重复性，质量轻，机械强度优异，比表面积大，热稳定性好，密度极低，作为一种廉价易得的生物硅矿物，被广泛应用于工业、农业、能源、建材和环境等领域。

硅藻土作为远古单细胞硅藻亿万年生物遗存的产物，延续了硅藻壳的天然纳米结构。硅藻土微孔结构有序，如图1所示，其外观有盘状、线状、羽毛状、针状等，每一种硅藻都有自己独特的表面特征，表面有各种特定的特征，如尖刺、孔洞、脊刺等。硅藻土的孔径范围从微米到纳米级，小孔径为20-50nm，大孔径为100-300nm，孔隙率可达90%。目前已知硅藻有2×105种，构成105-106个三维硅藻土壳。

硅藻土在许多行业中过滤液体、去除杂质和回收澄清液的整个过程中发挥着重要作用。

当无数具有过滤功能的硅藻用来过滤液体时，这些无数的硅藻就相当于无数个形状各异、孔隙微小的颗粒，这些颗粒聚集在滤膜表面，形成一层严密的“膜”，对液体的阻力很小。当液体通过时，液体中的细小固体颗粒就被完美地捕获，从而得到澄清的液体。另外，“膜”还具有抗污染功能，长时间连续过滤也不成问题。

但使用一定孔径的滤纸过滤时，会对细小的固体产生摩擦。硅藻土凭借其独特的性能，可使澄清的滤液更快流出。硅藻土常用于合成中常见的钯催化、铑催化、雷尼镍等的反应后处理。

除了过滤之外，它在有机合成中还有其他用途

负载在硅藻土上的碳酸银（I）称为试剂，它是一种温和的氧化剂，并且易于获取。

氟化钾-硅藻土可用作温和的非均相碱性催化剂，用于烷基化、亲核芳族取代、迈克尔加成、磷酰胺合成和有机锡废物去除。1979 年，安藤和首次报道了硅藻土负载的氟化钾催化碳和杂原子的烷基化。使用 KF-硅藻土进行烷基化的一个例子是苯胺的单烯丙基化。传统的二级烯丙基苯胺合成需要过量的苯胺和较长的反应时间，以防止形成叔胺。

在乙腈回流条件下，在 KF-（1.25 当量）存在下，只需添加比亲电试剂（见下文）稍过量的苯胺（1.20 当量），便可在短时间内（2-8 小时）得到单烯丙基化产物，分离产率为 67-93%（图 2）。

当然，硅藻土不仅用于化学合成，在生物医药和工业领域也有着广泛的应用，随着研究的不断深入，发现了更多的使用场景和科研用途，例如药物输送、止血材料、酶催化载体等。另外，与很多细小粉末类似，硅藻土在使用过程中要特别注意防护，避免吸入。