Đất diatomite, thường được gọi là diatomaceous earth, là vật liệu trầm tích tự nhiên hình thành hoàn toàn từ xác hóa thạch của các sinh vật diatom—những sinh vật thủy sinh vi mô tiết ra những lớp vỏ mỏng bằng silica gọi là frustules. Những sinh vật đơn bào nhỏ bé này phát triển mạnh trong nhiều môi trường nước khác nhau, từ các hồ nhiệt đới ấm, vịnh ven biển nông đến vùng biển sâu lạnh giá và các con sông nước ngọt, thích nghi với nhiều mức nhiệt độ và dinh dưỡng khác nhau. Khi diatom kết thúc vòng đời (thường chỉ kéo dài vài ngày đến vài tuần), những lớp vỏ frustules—cứng chắc và khó phân hủy—từ từ chìm xuống đáy các vùng nước, tạo thành những lớp mỏng theo thời gian. Trải qua hàng triệu năm, các lớp này tích tụ dày lên và các quá trình địa chất bắt đầu diễn ra: sự nén chặt dần do trọng lượng của lớp trầm tích bên trên ép thoát nước dư thừa, trong khi các dung dịch giàu khoáng chất thấm qua các lớp, gắn kết các frustules lại với nhau thành những tầng trầm tích rắn, xốp của đất diatomite. Đặc điểm nổi bật nhất của đất diatomite là cấu trúc xốp phức tạp, là bản sao chính xác từ hình dạng tổ ong, có gân hoặc gai của các frustules. Cấu trúc này tạo ra diện tích bề mặt bên trong cực lớn—thường đạt hàng trăm mét vuông mỗi gam—giúp đất diatomite có khả năng hấp phụ mạnh, lọc hiệu quả và cách nhiệt tốt. Chính những đặc tính cốt lõi này khiến nó trở nên không thể thiếu trong nhiều ứng dụng công nghiệp, từ tinh chế đến xây dựng.
Lọc là một trong những ứng dụng trưởng thành và phổ biến nhất của đất đèn, tận dụng khung cấu trúc xốp của nó để hoạt động như một môi trường lọc tự nhiên có thể bắt giữ các hạt nhỏ—một số nhỏ đến chỉ vài micromet—không nhìn thấy bằng mắt thường. Trong sản xuất công nghiệp, vô số ngành nghề phụ thuộc vào đất đèn để tinh lọc chất lỏng một cách chính xác. Ví dụ, trong ngành hóa chất, đất đèn được dùng để lọc các dung dịch dung môi dễ bay hơi và các chất lỏng thuốc thử độ tinh khiết cao dùng trong sản xuất trung gian dược phẩm (không phải y tế) và chế tạo linh kiện điện tử. Nó bắt giữ cả những tạp chất dạng hạt vi lượng có thể làm nhiễm bẩn sản phẩm cuối cùng hoặc gây tắc nghẽn thiết bị sản xuất nhạy cảm như các bộ phản ứng vi mô. Trong ngành chế biến dầu mỏ, đất đèn là thành phần quan trọng trong việc lọc các dẫn xuất dầu thô như dầu bôi trơn, dầu diesel và nhiên liệu phản lực (không dùng cho hàng không), loại bỏ các chất dạng hạt mịn và các chất keo dính có thể làm suy giảm tính năng bôi trơn của dầu hoặc gây hiện tượng tích tụ cặn trong động cơ. Ngoài lọc chất lỏng, đất đèn còn đóng vai trò quan trọng trong lọc không khí. Khi được xử lý thành dạng bột mịn và kết dính thành các lõi lọc xốp, nó được sử dụng trong các bộ thu bụi công nghiệp cho các lĩnh vực như gia công kim loại, sản xuất xi măng và chế biến gỗ. Các lõi này bắt giữ bụi, vụn kim loại và các khí thải dạng hạt độc hại từ dây chuyền sản xuất, cải thiện đáng kể chất lượng không khí trong các phân xưởng và giảm nguy cơ ảnh hưởng hô hấp cho người lao động.
Xử lý nước thải là một lĩnh vực ứng dụng quan trọng khác mà ở đó đất diatomite thể hiện hiệu suất vượt trội, đặc biệt khi sự quan tâm toàn cầu về bảo tồn nước và kiểm soát ô nhiễm ngày càng gia tăng. Cùng với nhận thức môi trường ngày càng nâng cao, việc xử lý nước thải công nghiệp và sinh hoạt để đáp ứng các tiêu chuẩn xả thải nghiêm ngặt đã trở thành ưu tiên toàn cầu đối với cả chính phủ lẫn doanh nghiệp. Khả năng hấp phụ mạnh mẽ của đất diatomite—bắt nguồn từ cấu trúc xốp của nó—làm cho đây trở thành vật liệu lý tưởng trong quá trình làm sạch nước thải, vì nó có thể loại bỏ đồng thời nhiều loại chất gây ô nhiễm khác nhau. Khi được đưa vào bể nước thải, các hạt đất diatomite phân tán đều và hấp phụ các chất ô nhiễm hữu cơ (như phẩm nhuộm tổng hợp từ ngành dệt may), các ion kim loại nặng (ví dụ như chì và cadmium từ sản xuất điện tử) và các chất rắn lơ lửng (như bùn từ nhà máy giấy) lên bề mặt xốp của chúng. Các hạt đã hấp phụ sau đó tự nhiên kết tụ thành các bông keo lớn hơn và đậm đặc hơn, lắng nhanh dưới tác dụng của trọng lực—loại bỏ nhu cầu sử dụng các thiết bị tách cơ học đắt tiền. So với các chất keo tụ nhân tạo (thường chứa hóa chất độc hại và mất hàng năm để phân hủy), đất diatomite không độc, có khả năng phân hủy sinh học và không để lại cặn gây hại, tránh được ô nhiễm thứ cấp cho các nguồn nước. Ví dụ, nhiều nhà máy dệt và in ấn sử dụng hệ thống xử lý dựa trên đất diatomite để loại bỏ các dư lượng thuốc nhuộm khó phân hủy (như thuốc nhuộm phản ứng và thuốc nhuộm phân tán) khỏi nước thải, đạt được các tiêu chuẩn xả thải một cách hiệu quả đồng thời giảm chi phí xử lý dài hạn.
Trong ngành xây dựng, đất đèn (diatomaceous earth) đã nổi lên như một vật liệu được săn đón nhiều cho các công trình xanh, một lĩnh vực đang phát triển nhanh chóng trong bối cảnh toàn cầu thúc đẩy hiệu quả năng lượng và lối sống ít phát thải carbon. Các đặc tính vốn có là nhẹ và cách nhiệt của nó đáp ứng hoàn hảo nhu cầu xây dựng tiết kiệm năng lượng, vì vật liệu nhẹ giúp giảm tải trọng kết cấu của tòa nhà (giảm chi phí xây dựng phần nền móng), đồng thời khả năng cách nhiệt giúp cắt giảm lãng phí năng lượng. Khi được thêm vào các vật liệu làm tường – như tấm thạch cao đất đèn, bột trét tường nội thất và các lớp phủ thân thiện môi trường – nó tạo thành lớp ngăn cản nhiệt, làm chậm quá trình truyền nhiệt. Ví dụ, các tòa nhà sử dụng tấm tường từ đất đèn có thể giảm tiêu thụ năng lượng để sưởi ấm vào mùa đông đến ba mươi phần trăm và làm mát vào mùa hè cũng ở mức tương tự, từ đó trực tiếp phù hợp với các mục tiêu tiết kiệm năng lượng và giảm phát thải carbon. Hơn nữa, khả năng điều hòa độ ẩm vượt trội khiến đất đèn khác biệt so với các vật liệu xây dựng truyền thống. Nó có thể chủ động hấp thụ lượng ẩm dư thừa trong không khí vào mùa ẩm (ngăn ngừa nấm mốc, bong tróc tường và sự phát triển của nấm gây hại cho chất lượng không khí trong nhà), đồng thời giải phóng lại độ ẩm đã tích trữ vào không khí khi độ ẩm giảm – duy trì độ ẩm trong nhà ở mức từ bốn mươi đến sáu mươi phần trăm, khoảng này mang lại cảm giác thoải mái nhất cho sức khỏe con người. Những đặc tính này khiến các vật liệu dựa trên đất đèn trở nên đặc biệt phổ biến tại các khu dân cư, tòa nhà văn phòng và cơ sở y tế (các khu vực không phải lâm sàng) đang theo đuổi các chứng nhận thân thiện môi trường như LEED hoặc BREEAM.
Ngoài các ứng dụng đã nêu, đất diatomite còn đóng vai trò là chất phụ gia chức năng đa năng trong nhiều ngành công nghiệp, nhờ tính trơ về hóa học và độ ổn định cấu trúc. Trong sản xuất nhựa và cao su, nó được sử dụng rộng rãi như chất độn gia cường giúp nâng cao hiệu suất sản phẩm đồng thời giảm chi phí. Khi được trộn vào các vật liệu nhựa composite dùng cho các sản phẩm như ống nước, đồ nội thất ngoài trời và vỏ thiết bị điện, các hạt đất diatomite phân tán đều để tăng cường độ cơ học (chống nứt và va đập), khả năng chịu mài mòn (kéo dài tuổi thọ sản phẩm) và độ ổn định nhiệt (ngăn biến dạng ở nhiệt độ cao). Đối với các sản phẩm cao su như vòng đệm kín và băng tải, nó cải thiện độ bền kéo và giảm co ngót trong quá trình lưu hóa—đồng thời thay thế tới hai mươi phần trăm lượng polymer thô đắt tiền, làm giảm đáng kể chi phí sản xuất. Trong ngành sơn phủ, nó hoạt động như một chất làm mờ hiệu suất cao, tạo ra các lớp hoàn thiện mong muốn. Các hạt đất diatomite—với hình dạng bất quy tắc và bề mặt xốp—tán xạ ánh sáng đều trên bề mặt sơn khô, loại bỏ độ bóng quá mức và tạo ra các lớp hoàn thiện mịn, mờ hoặc bán mờ được ưa chuộng trong sơn kiến trúc (cho tường và trần) và sơn đồ nội thất (cho tủ gỗ và sàn nhà). Các nhà sản xuất có thể điều chỉnh kích thước hạt đất diatomite để kiểm soát mức độ mờ, cung cấp các giải pháp linh hoạt cho các nhu cầu thiết kế khác nhau. Ngoài ra, đất diatomite còn được sử dụng làm chất mang trong ngành công nghiệp xúc tác. Diện tích bề mặt lớn của nó cung cấp nhiều điểm bám dính cho các hạt xúc tác, trong khi bản chất trơ đảm bảo nó không phản ứng với các chất phản ứng hay sản phẩm. Điều này cải thiện hiệu quả xúc tác trong các phản ứng hóa học như tổng hợp hữu cơ và chế biến dầu mỏ, giảm tiêu thụ năng lượng và hình thành sản phẩm phụ.
×
