電氣石微粉的研制及其在環(huán)境中的應(yīng)用培訓(xùn)資料

電氣石微粉的研制及其在環(huán)境功能材料中的應(yīng)用關(guān)鍵詞:電氣石;微粉;電場(chǎng)效應(yīng);環(huán)境功能材料一、電氣石簡(jiǎn)介電氣石又被譯名為碧璽，其常在同一晶體上顯現(xiàn)多種顏色，是其主要特色。電氣石由于具有熱電性及壓電性，容易因靜電效應(yīng)而帶電，因而得名。

在1880年，居里家族揭開了這種寶石的秘密，既：Tourmaline晶體兩端都帶有正、負(fù)電核，表面流動(dòng)著0.06mA的微電流，因此就有了“電氣石”這個(gè)學(xué)名。1986年，日本科研人員發(fā)現(xiàn)，電氣石被粉碎的越細(xì)，所釋放的能量越大。主要產(chǎn)地為巴西、中國、斯里蘭卡、非洲馬達(dá)加斯加，其中以巴西的電氣石蘊(yùn)藏豐富，品質(zhì)優(yōu)良，其中既有鉆石那樣透明的，也有紅、黃、藍(lán)、綠、紫、茶、粉、無色、咖啡色、赤色、黑等11種色彩?？梢哉f，電氣石是集“天然負(fù)離子器”、“遠(yuǎn)紅外線發(fā)射儀”、“細(xì)胞活化師”、“血管清道夫”、“生態(tài)水整理器”、“生命寶石”等眾多美譽(yù)于一身。二、對(duì)電氣石的研究1969年,Barton發(fā)現(xiàn)電氣石晶體結(jié)構(gòu)中構(gòu)成[Si6O18]復(fù)三方環(huán)的六個(gè)硅氧四面體的頂角氧原子指向同一方向——電氣石的正極。這說明電氣石為極性晶體,即存在極軸,又存在與極軸相一致的單向(單向是指晶體中唯一的不能通過晶體本身所具有的對(duì)稱要素的作用而與其他方向重合的方向)。1989年,Kubo發(fā)現(xiàn)并提出電氣石具有永久性自發(fā)電極化效應(yīng),即電氣石晶體在自發(fā)電極化時(shí),沿其晶體中唯一的三重旋轉(zhuǎn)軸的兩端會(huì)產(chǎn)生并積聚數(shù)量相等、電性相反的異性電荷,形成異性電極。這使電氣石晶體周圍存在靜電場(chǎng)并具有電場(chǎng)效應(yīng)。電氣石的電場(chǎng)效應(yīng)是電場(chǎng)強(qiáng)度引起的馳豫效應(yīng)、應(yīng)力引起的壓電效應(yīng)和溫度引起的熱釋電效應(yīng)共同作用的結(jié)果。四、實(shí)驗(yàn)部分1.實(shí)驗(yàn)原材料

本實(shí)驗(yàn)以某一礦區(qū)的塊狀電氣石礦物為原料。

2.制備工藝方法

先將電氣石通過機(jī)械力進(jìn)行破碎,然后將其中的白云母礦去掉,用洛陽超細(xì)粉磨機(jī)廠生產(chǎn)的WJD型攪拌磨碾磨粉碎,并將其烘干制成電氣石微粉。

3.分析測(cè)試

用JEOL-733EDAX型X射線能譜儀分析所制備的電氣石微粉的成分;用JL-1166型激光粒度儀測(cè)定電氣石微粉的粒度分布;用HITACHIS-530型掃描電鏡分析電氣石微粉的形貌。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

從圖1可見,電氣石微粉的特征譜線所對(duì)應(yīng)的元素為Al、Si、Fe、Na、Mn、Ca等,因此,該礦區(qū)的黑色電氣石礦物的主要組成元素是Al、Si、Fe、Na、Mn、Ca等,屬于鐵電氣石礦物。1.電氣石微粉的成分2.電氣石微粉的粒度

2.電氣石微粉的粒度從圖2可見,通過攪拌磨的方法制備的電氣石微粉的粒度分布較為理想,其平均粒度為6.21Lm。這是由于攪拌磨是通過攪拌器把動(dòng)力直接施加在研磨介質(zhì)上,電氣石礦物受到研磨介質(zhì)之間相互撞擊產(chǎn)生的沖擊力、研磨介質(zhì)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的剪切力和研磨介質(zhì)與攪拌棒之間相互撞擊產(chǎn)生的撞擊力的共同作用,因此,所研磨出來的電氣石礦物微粉粒度分布較為理想,可滿足作為功能涂料復(fù)合填料的需要。3.電氣石微粉的形態(tài)3.電氣石微粉的形態(tài)從圖3可見,通過攪拌磨的方法制備的電氣石微粉的顆粒呈不規(guī)則的片狀結(jié)構(gòu),片狀顆粒大小與其粒度分布規(guī)律相符合。這是由于攪拌磨是通過機(jī)械力的作用將電氣石固體顆粒的尺寸由大變小的過程,包括由大塊物料變?yōu)樾K物料的破碎過程和小塊物料變?yōu)榉垠w物料的粉磨過程,其實(shí)質(zhì)都是物料在機(jī)械力的作用下發(fā)生變形和破裂的過程。電氣石礦物顆粒在研磨過程中受到的沖擊力、剪切力和撞擊力是處于動(dòng)態(tài)變化中的,所以物料在機(jī)械力的作用下會(huì)發(fā)生不均勻性的變形和破裂,其結(jié)果就表現(xiàn)在研磨成品呈不規(guī)則的片狀結(jié)構(gòu),而具有這種形貌和粒度分布的微粉是功能涂料較為理想的填料。六、電氣石微粉在環(huán)境功能材料中的應(yīng)用1.在空氣凈化材料中的應(yīng)用

空氣中對(duì)人體健康有益的負(fù)離子是水化羥基離子,被稱為“負(fù)堿性離子”。負(fù)離子由于能有效凈化空氣和改善環(huán)境質(zhì)量,又被稱為“空氣維生素”、“長(zhǎng)壽素”?？諝庵胸?fù)離子的含量是衡量空氣是否清新的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。

由于電氣石周圍存在著一定的靜電場(chǎng),空氣中的水分子在此靜電場(chǎng)的作用下會(huì)發(fā)生電解形成H+和OH-,其中H+和H2O結(jié)合形成活性分子[H3O]+,因此電氣石微粉可作為洗衣粉、洗滌劑的替代品;而OH-和H2O結(jié)合形成負(fù)離子,即OH-+nH2O→OH--(H2O)n,這是電氣石通過對(duì)水分子的電解作用向空氣中釋放水化羥基離子,增加空氣中的負(fù)離子濃度的原因,因此電氣石微粉可用于制備增加空氣中負(fù)離子濃度的建筑涂料。2.在水處理功能材料中的應(yīng)用水的退化是由于氫鍵作用,水分子締合成大分子團(tuán),導(dǎo)致了水分子的活性降低和老化。退化的水其溶解力、滲透力、代謝力、乳化力、洗凈力都會(huì)不同程度地降低。利用電氣石發(fā)射的遠(yuǎn)紅外線與水中的氫鍵共振,可破壞大分子團(tuán)的氫鍵締合作用,降低水分子團(tuán),增強(qiáng)水的溶解力、滲透力、代謝力等,從而恢復(fù)水分子的活性。電氣石微粉之所以能對(duì)污水進(jìn)行有效處理,是由于:(1)當(dāng)電氣石由晶體加工成微粒時(shí),比表面積增大,表面斷鍵數(shù)目增多,可視為一個(gè)獨(dú)立的微小電場(chǎng),具有自發(fā)吸附外來離子或原子的能力;(2)由于電氣石對(duì)水分子發(fā)生電離作用,電氣石表面羥基離子增多,在靜電場(chǎng)作用下,水溶液中的金屬離子被吸附到電氣石周圍并與電氣石表面羥基離子結(jié)合,形成穩(wěn)定的氫氧化物沉淀,通過過濾作用去除沉淀,達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。而且電氣石具有較高的機(jī)械化學(xué)穩(wěn)定性,不溶于酸,通過水流攪動(dòng)可使形成的沉淀脫離電氣石表面,因此電氣石可反復(fù)使用。電氣石獨(dú)特的凈水作用,在水環(huán)境治理領(lǐng)域具有良好的發(fā)展前景。3.在電磁輻射防護(hù)功能材料中的應(yīng)用手機(jī)、電腦等電子電氣設(shè)備在工作時(shí)向外輻射的電磁波,又稱為“電子霧”,會(huì)產(chǎn)生電磁干擾、電磁信息泄漏和電磁環(huán)境污染,已被聯(lián)合國環(huán)境會(huì)議和世界衛(wèi)生組織列入造成世界公害的主要污染物之一。

電氣石表面的電場(chǎng)效應(yīng)能夠永久產(chǎn)生靜電場(chǎng),因此能夠永遠(yuǎn)不停地吸收宇宙射線、X射線、紫外線等電磁波,并能將有害的電磁波轉(zhuǎn)換成對(duì)人體有益的遠(yuǎn)紅外線重新向外輻射。只要用含電氣石微粉的物質(zhì)做成外殼,就能有效地起到電磁屏蔽的作用。七、結(jié)論1.該電