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1、电气石微粉的研制及其在环境功能材料中的应用,关键词:电气石;微粉;电场效应;环境功能材料,一、电气石简介,电气石又被译名为碧玺，其常在同一晶体上显现多种颜色，是其主要特色。电气石由于具有热电性及压电性，容易因静电效应而带电，因而得名。 在1880年，居里家族揭开了这种宝石的秘密，既：Tourmaline晶体两端都带有正、负电核，表面流动着0.06mA的微电流，因此就有了“电气石”这个学名。1986年，日本科研人员发现，电气石被粉碎的越细，所释放的能量越大。 主要 产地为巴西、中国、斯里兰卡、非洲马达加斯加，其中以巴西的电气石蕴藏丰富，品质优良，其中既有钻石那样透明的，也有红、黄、蓝、绿、紫、茶
2、、粉、无色、咖啡色、赤色、黑等11种色彩。可以说，电气石是集“天然负离子器”、“远红外线发射仪”、“细胞活化师”、“血管清道夫”、“生态水整理器”、“生命宝石”等众多美誉于一身。,二、对电气石的研究,1969年,Barton发现电气石晶体结构中构成Si6O18复三方环的六个硅氧四面体的顶角氧原子指向同一方向电气石的正极。这说明电气石为极性晶体,即存在极轴,又存在与极轴相一致的单向(单向是指晶体中唯一的不能通过晶体本身所具有的对称要素的作用而与其他方向重合的方向)。 1989年,Kubo发现并提出电气石具有永久性自发电极化效应,即电气石晶体在自发电极化时,沿其晶体中唯一的三重旋转轴的两端会产生并
3、积聚数量相等、电性相反的异性电荷,形成异性电极。这使电气石晶体周围存在静电场并具有电场效应。电气石的电场效应是电场强度引起的驰豫效应、应力引起的压电效应和温度引起的热释电效应共同作用的结果。,三、文献摘要,本文选取了某一矿区的电气石块状矿物,通过搅拌磨的方法制备出了平均粒度为6. 21 m的黑电气石微粉,并对其成分、形貌、粒度等进行了分析和表征,展望了这种电气石微粉在空气净化、水处理和电磁辐射防护等环境功能材料中的开发应用前景。,四、实验部分,1.实验原材料 本实验以某一矿区的块状电气石矿物为原料。 2. 制备工艺方法 先将电气石通过机械力进行破碎,然后将其中的白云母矿去掉,用洛阳超细粉磨机厂
4、生产的WJD型搅拌磨碾磨粉碎,并将其烘干制成电气石微粉。 3.分析测试 用JEOL-733EDAX型X射线能谱仪分析所制备的电气石微粉的成分;用JL-1166型激光粒度仪测定电气石微粉的粒度分布;用HITACHIS-530型扫描电镜分析电气石微粉的形貌。,五、实验结果与分析,从图1可见,电气石微粉的特征谱线所对应的元素为Al、Si、Fe、Na、Mn、Ca等,因此,该矿区的黑色电气石矿物的主要组成元素是Al、Si、Fe、Na、Mn、Ca等,属于铁电气石矿物。,1.电气石微粉的成分,2.电气石微粉的粒度,2.电气石微粉的粒度 从图2可见,通过搅拌磨的方法制备的电气石微粉的粒度分布较为理想,其平均粒
5、度为6. 21Lm。这是由于搅拌磨是通过搅拌器把动力直接施加在研磨介质上,电气石矿物受到研磨介质之间相互撞击产生的冲击力、研磨介质转动产生的剪切力和研磨介质与搅拌棒之间相互撞击产生的撞击力的共同作用,因此,所研磨出来的电气石矿物微粉粒度分布较为理想,可满足作为功能涂料复合填料的需要。,3.电气石微粉的形态,3.电气石微粉的形态,从图3可见,通过搅拌磨的方法制备的电气石微粉的颗粒呈不规则的片状结构,片状颗粒大小与其粒度分布规律相符合。这是由于搅拌磨是通过机械力的作用将电气石固体颗粒的尺寸由大变小的过程,包括由大块物料变为小块物料的破碎过程和小块物料变为粉体物料的粉磨过程,其实质都是物料在机械力的
6、作用下发生变形和破裂的过程。电气石矿物颗粒在研磨过程中受到的冲击力、剪切力和撞击力是处于动态变化中的,所以物料在机械力的作用下会发生不均匀性的变形和破裂,其结果就表现在研磨成品呈不规则的片状结构,而具有这种形貌和粒度分布的微粉是功能涂料较为理想的填料。,六、电气石微粉在环境功能材料中的应用,1.在空气净化材料中的应用 空气中对人体健康有益的负离子是水化羟基离子,被称为“负碱性离子”。负离子由于能有效净化空气和改善环境质量,又被称为“空气维生素”、“长寿素”。空气中负离子的含量是衡量空气是否清新的重要标准之一。 由于电气石周围存在着一定的静电场,空气中的水分子在此静电场的作用下会发生电解形成H+
7、和OH-,其中H+和H2O结合形成活性分子H3O+,因此电气石微粉可作为洗衣粉、洗涤剂的替代品;而OH-和H2O结合形成负离子,即OH-+nH2O OH-(H2O)n,这是电气石通过对水分子的电解作用向空气中释放水化羟基离子,增加空气中的负离子浓度的原因,因此电气石微粉可用于制备增加空气中负离子浓度的建筑涂料。,2.在水处理功能材料中的应用 水的退化是由于氢键作用,水分子缔合成大分子团,导致了水分子的活性降低和老化。退化的水其溶解力、渗透力、代谢力、乳化力、洗净力都会不同程度地降低。利用电气石发射的远红外线与水中的氢键共振,可破坏大分子团的氢键缔合作用,降低水分子团,增强水的溶解力、渗透力、代
8、谢力等,从而恢复水分子的活性。电气石微粉之所以能对污水进行有效处理,是由于: (1)当电气石由晶体加工成微粒时,比表面积增大,表面断键数目增多,可视为一个独立的微小电场,具有自发吸附外来离子或原子的能力; (2)由于电气石对水分子发生电离作用,电气石表面羟基离子增多,在静电场作用下,水溶液中的金属离子被吸附到电气石周围并与电气石表面羟基离子结合,形成稳定的氢氧化物沉淀,通过过滤作用去除沉淀,达到净化水质的目的。而且电气石具有较高的机械化学稳定性,不溶于酸,通过水流搅动可使形成的沉淀脱离电气石表面,因此电气石可反复使用。电气石独特的净水作用,在水环境治理领域具有良好的发展前景。,3.在电磁辐射防
9、护功能材料中的应用 手机、电脑等电子电气设备在工作时向外辐射的电磁波,又称为“电子雾”,会产生电磁干扰、电磁信息泄漏和电磁环境污染,已被联合国环境会议和世界卫生组织列入造成世界公害的主要污染物之一。 电气石表面的电场效应能够永久产生静电场,因此能够永远不停地吸收宇宙射线、X射线、紫外线等电磁波,并能将有害的电磁波转换成对人体有益的远红外线重新向外辐射。只要用含电气石微粉的物质做成外壳,就能有效地起到电磁屏蔽的作用。,七、结 论 1.该电气石微粉的主要组成元素为Al、Si、Fe、Na、Mn、Ca等,属于铁电气石矿物; 2.电气石微粉的平均粒度为6. 21Lm; 3.电气石微粉的颗粒呈不规则的片状结构; 4.该电气石矿物微粉在空气净化、水处理和电磁辐射防护等环境功能材料中的开发应用具有良好的发展前景。,