2022年电气石蜂窝陶瓷的功能分析研究.docx

精品学习资源电气石蜂窝陶瓷的功能讨论<江西理工高校江西. 赣州 341000 ）摘要： 电气石具有热电性、压电性、自发极化、红外辐射等特殊而重要的性质，可以广泛应用于电子、化工、环保以及人体保健等领域，电气石已经成为国内外功能矿物材料讨论的热点之一；开发制备满意性能要求的电气石蜂窝陶瓷，讨论电气石蜂窝陶瓷对饮用水pH值影响的功能属性 ,从而改善人体健康水平；关键词： 电气石；蜂窝陶瓷；饮用水pH值；健康Research the function of the tourmaline honeycomb ceramicWang Jun, Wang PingJiangxi university of science and technology, Ganzhou 341000, Jiangxi, ChinaAbstract ：Tourmaline has the unique and important nature of thermoelectric, piezoelectric, spontaneous polarization, infrared radiation and so on. It can be widely used in electronics, chemical industry and environmental protection as well as in areas such as human health, both at home and abroad, the tourmaline hasbeen researched as one of the most fashion recently. Develop and prepare the tourmaline of ceramic honeycomb to meet the performance requirement, research these functional properties that the tourmaline of ceramic honeycomb influences on the drinking water of pH value, and thenpromote people s health.Keywords : Tourmaline ； Ceramic honeycomb ； the drinking water of pH value ； health欢迎下载精品学习资源前言电气石是电气石族矿物的总称，由于它具有良好的热释电性和压电性能，使电气石永久发射远红外和释放负离子，从而转变水体的氧化 仍原电位，使水发生解离，提高水的碱性，增强饮用水活性或使空气中负离子增加；因此可广泛用于水的碱性化，饮用水活性化、污水处理、净化空气等各个领域，丰富了功能材料的种类，有利于电气石应用领域的扩展，促进电气石蜂窝陶瓷的制备及应用的讨论，丰富了电气石和蜂窝陶瓷的作用；1 电气石的功能属性1880 年法国的皮埃罗、里查兄弟证明了电气石具有热电性和压电性1 ；1.1 电气石的晶体结构电气石是一种特别的极性矿物，沿c 方向具有压电和热释电特性，同时具有电偶极子特点，电气石的晶体结构 2 如下：图 1-1 电气石的立体结构1.2 电气石的性质欢迎下载精品学习资源电气石化学成分较复杂，是以含硼为特点的铝、钠、铁、镁、锂的环状结构硅酸盐矿物，具有玻璃光泽，硬度为77.5，密度 3.02- 3.25/CM 3，无解理，具有脆性；依据不同的类质c 轴轴面为两极的静电场，E0=Ps/2 0；据 Voigt9给出的 Ps 值，得到 E0 6.2 ×106V/m ；静电场随着远离中心快速减弱， Er =2/3>E 0a/r> 3， a 为电气石微粒半径， r 为距离中心的长度；由此可知，在电欢迎下载精品学习资源同象，可分为铁电气石、镁电气石、锂电气石和锰电气石 3 ；1.2.1 电气石的颜色变化机理气石表面厚度十几微M 范畴内存在 107高场强；1.2.3 电气石产生负离子104V/m 的欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源电气石中存在广泛的类质同像现象，不同金属离子间的置换导致其颜色多样，其化学组成轻微 的 变 化 就 能 导 致 完 全 不 同 的 颜 色 4 ； K.Krambrock等5 用 射线辐射电气石产生黄色中心，并用 EPR， ENDOR 和 DEPR 对这个黄色中心分析，发觉辐射诱导产生的黄色中心与电气石组成结构中 O-孔势阱的产生紧密相连，他们认为O- 位于 O1 位置 OH 位置的基本组成单元，为3 个八面体所共有 >； Castaneda 等6 通过对电气石样品进行热处理来讨论其颜色变化，并探讨了电气石颜色变化机制，发觉电气石出现红色，晶体结构中Mn 2+ 显现，加热处理后其颜色不发生变化，究其缘由主要是锰离子的价态没有发生变化，且铁离子也没有发生氧化；1.2.2 自发极化性电气石的自发极化效应表现为电气石四周静电 场 的 存 在 ； 1989 年 ， 日 本 环 境 专 家 Tetsujiro Kubo 7 发觉电气石能净化水，继而讨论发觉在Cu 表面有水的情形下电气石能吸附Cu离子；金宗哲等8 利用电子束轰击电气石样品表面，并用环境扫描电镜 SEM> 观看发觉：电子束轰击电气石样品表面能够产生辉点，这些辉点反映出自发极化性的存在；由于自发极化效应，在电气石的四周存在着以电气石产生负离子的直接条件是其表面荷负电，电气石产生负离子的必要条件是水；电气石的自发极化作用使其晶体四周存在着以轴为两极的静电场，水分子一旦接触到能放出负电子的电气石，立刻发生稍微的电解，水分子被分解为H +和 OH -，而 H+被电气石携带的负电子中和，成为氢原子放入空气中，OH- 与四周的水分子结合成为H 3O2 -，即带负电的负离子；羟基负离子形成过程机理及分子结构式如下所示：图 1-2 羟基负离子形成过程及分子结构式试验仍证明，静电场对处于其中的带电粒子有吸附作用，可以用于吸附粉尘、带电离子等1011 ；它的作用机理如下：通过电气石表面的高强静电场，表面十几微M 范畴内的H+、OH -离子被吸附到电气石的两极，与电解所形成的H +和欢迎下载精品学习资源OH -中和，过多的 H +以氢气的形式释放出去；随着电气石表面的 H+离子的削减，由于浓度差的缘由，远处的 H+离子不断向电气石表面移动，直至达到平稳为止；1.2.4 热电性和压电性电气石本身有电极产生，即永久地在一端产生“正电极 ”，在另一端产生 “负电极 ”；正电极可以吸取负离子，并通过自身把电荷 “输送 ”到负电极，这些电荷和负电极自身产生的负离子释放出来，源源不断地从晶体外沿着电力线飞到正电极，形成了循环不息的电场 12；当匀称的加热或者加压整个电气石晶体时， 在晶体的对称轴两端会产生等量异号的电荷，是 热电性和压电性使得电气石产生电荷，从而在电 气石表面邻近存在静电场，具有电场效应13；1.2.5 红外辐射特性电气石的多种缺陷外形打算其具有强的红外辐射特性，通过讨论电气石的红外光谱说明，以下三个方面具有红外活性：与 SiO 4 四周体的顶角相连的 Si O Si伸缩振动和弯曲振动具有红外活性；结构羟基水的 OH 键存在红外活性振动；电气石中的其他金属离子与氧形成的键具有红外活性；电气石具有高红外发射率的缘由在于多种红 外活性振动键的共存14 ；依据晶格振动理论所得的振动频率关系式15 ，不同质量晶格原子的替代或不同类型缺陷具有不同的品德振动频率，将直 接影响红外辐射特性，自然电气石的品种繁多， 红外辐射特性差异悬殊16；2电气石的应用日本等科技界将电气石广泛用于环保、医疗、日用化工、塑料、建筑装潢、国防、负离子发生装置、健康衣料及保健品、化妆品、卷烟、配药、汽车、涂料、改良土壤、水质处理、净化空气以及屏蔽电磁辐射等高科技领域17 ；这里主要介绍电气石的化学催化作用和电气石在水中的应用；2.1 化学催化作用电气石 TiO 2 光催化降解有机物的过程存在着极其复杂的协同增效作用18 ；利用电子自旋共振ESR> 检测纳MTiO 2 和电气石 /TiO 2 复合体系自由基的信号，结果发觉，复合体系的磁共振强度明显增高；冀志江等人讨论发觉19 ，电气石矿物微粉可显著提高纳M 二氧化钛的光催化活性，通过讨论电气石、稀土、二氧化钛三者的光催化协同作用，试验说明电气石具有激活二氧化钛光催化活性的功能；2.2 电气石在水中的应用电气石具有热释电性与压电性，电气石在工业废水净化和饮用水改善领域，具有很好的应用前景；其在重金属离子吸附；提高饮用水的活 性；调剂水体的酸碱平稳等方面具有积极的有用意义；<1）重金属离子吸附电气石的结构紧密、金属离子不易进入其晶体结构，因此电气石的吸附主要为表面吸附，吸附类型主要为离子、分子吸附,类似石英、刚玉等简洁氧化物，通过表面络合起吸附作用20 ，从而起到净化工业废水的作用；<2）提高饮用水的活性欢迎下载精品学习资源目前已利用电气石自身发射远红外射线及热差变化所能产生正负电磁场的物理效应，增加空气中红外线辐射及负离子成分，使缔合水分子分散化，提高水分子的活性，以活化人体机能，提高人体健康水平 21；<3）调剂水体的酸碱平稳电气石具有转变水溶液pH 值，使之趋于 7 的功能，其稳固范畴为pH7-922 ；3 电气石粉体的制备方法3.1 干法超细粉碎大连源泰高科技有限责任公司23 采纳双腔式回转破裂机，辊压式粉碎机及超细粉碎机等将电气石逐级进行破裂，粉碎加工；最终制得粒度为0.1 15m的超细粉；3.2湿式超细粉碎后再干燥脱水的方法瞿金蓉等 24 分别以水和正丁醇为研磨介质， 得到超细粉末的液相悬浮体，然后利用水和正丁 醇可以形成共沸物的特点，采纳共沸蒸馏法分散 介质干燥悬浮体制备电气石超细粉末，最终得到 粉体的粒度为 100nm左右；而郑水林等采纳湿式搅拌磨超细粉碎工艺25 26 ；通过合理的使用分散剂 ， 研 磨 介 质 ， 优 化 工 艺 条 件 制 备 了 粒 度 细d50 0.8 >m，分布窄 d97 3.0 >m，颗粒外形规 就的超细电气石粉体，且该法有利于实现工业化生产；4蜂窝陶瓷的功能属性4.1堇青石质蜂窝陶瓷的性质堇青石质蜂窝形载体是一种具有连续而单一结构，由很多平行通道构成的负载体如图 3-1> ， 蜂 窝 陶 瓷 的 孔 径 1×1×1mm ， 蜂 窝 陶 瓷 的 壁 厚0.35mm ；图 4-1 堇青石蜂窝陶瓷截面外观结构图堇青石蜂窝陶瓷因具有优良的抗热震性能27 、良好的吸附性能、较高的耐火度和相当的机械强度而得到了广泛的应用；堇青石蜂窝陶瓷比表面积大，气流阻力小，应用范畴广，概括起来主要有以下几个方面：<1 ）催化剂载体：用于降低有机物氧化温度，净化工业废气、汽车废气；<2 ）换热介质：用于热交换过程，蓄热元件可节能 12%；<3 ）固定生物载体：用于医药及食品德业微生物固定；<4 ）耐火窑具：质量/ 体积比小，传热快，热效高；<5 ）煤气燃烧分布板：促进燃烧完全，可节能10%；4.1.1 堇青石质蜂窝陶瓷的化学组成表 4-2 堇青石蜂窝陶瓷化学组成成分单位数值成分单位数值SiO2wt%48-51Fe2O3WT%<0.5Al O31-34WT%2 3wt%Na O<0.52MgOWT%14-16K2 OWT%<0.5欢迎下载精品学习资源电气与适灌注90石釉当的到蜂C料适胶水窝陶下当的浓度瓷中干KJ/Kg4抗循环温度K3005最大操作温度OC13006耐热性OC8007耐酸性>998耐碱性>859吸水率WT 22±5欢迎下载精品学习资源5 电气石蜂窝陶瓷的制备蜂窝陶瓷由最早使用在小型汽车尾气净化到今日广泛应用在化工、电力、冶金、石油、电子电器、机械等工业中，而且越来越广泛，进展前景相当可观；蜂窝陶瓷用在催化剂方面更具优 势，以蜂窝状陶瓷材料为载体，采纳特殊的涂层材料，以贵金属，稀土金属及过渡金属制备，因而具有高的催化活性，良好的热稳固性，长的使用寿命，高强度等优点28 ；电气石蜂窝陶瓷所采纳的技术路线：的方式，此种方式实际上是一种典型的高消耗资源的方式；O配比混合、o图 4-3 堇青石蜂窝陶瓷的XRD 衍射分析图检验750 C包装下煅4.1.2 堇青石质蜂窝陶瓷的物理性能检测烧 ， 并表 4-4 堇青石蜂窝陶瓷物理性能保 温 半序号指标个小时单位数值1堇青石毛重g/cm31.9-2.02Average Linear Expansion20-1000>10-6/k -1<2在全面建设节省型社会的今日，实施节省型3比热830-900生产，是电气石产业以低价格打开和扩大电气石产品市场，使电气石企业自身尽快做大、做强和连续进展的一次重要的历史性机遇29 ；就电气石优化饮水工程来说，目前，仍是采取先将电气石烧制成球，再浸没于水中活化饮水从电气石应用于水处理的过程上看，它与化学工业的催化反应过程和热能工业的蓄热 放热过程本质上一样，均是以相界面效应来产生或起到各自功效的；因此，在电气石优化水质工程上，可以借鉴催化剂的先进技术；从催化剂科技进步的历程看，仅外形结构的变化就起到了革命性作用；依照相像思维方式， 我们可望在电气石优化水质工程上作类似的变 革：由球形向蜂窝形转变，取得电气石用量更 少，极化成效更强，节省能耗更甚的成效；在蜂窝陶瓷内通道表面上烧结电气石薄层，这是一种大幅节省电气石用量的新技术；欢迎下载精品学习资源5.1 电气石蜂窝陶瓷制备的技术可行性第一，无论是蜂窝陶瓷的生坯仍是已烧熟的制品，其材质都有高达10% 50%的显气孔率，可以通过浸渍法，吸附上任何浆料30 ；电气石也不例外，我们把超细电气石微粉，协作助烧原料包括亚微 M 细粉、纳 M 级溶胶等 > 、悬浮性原料、吸 附性原料等，经球磨混合、粉碎制成合适浓度的泥浆后，采纳浸渍法就使电气石泥浆沉积在了蜂窝陶瓷的内通道表面，掌握蜂窝陶瓷在电气石浆料中的浸渍时间和电气石浆料的水分浓度，仍可以便利地掌握电气石层在蜂窝体内孔壁上的厚 度；其次，在烧结时，电气石薄层除自身发生固相反应形成电气石质陶瓷薄层外，它仍会与蜂窝陶瓷本体发生交互的物理 化学反应，包括相互之间的固相反应和传质，相互之间的熔融、流动扩散，而在二相的界面形成为一种相互渗透的中间层，将二者坚固地结合在一起，机械应力、急冷急热应力、化学腐蚀等均不能使它们分别开来；在使用功效上，由于蜂窝体平行通道的个孔 孔径仅 2 3mm ，当水流通过蜂窝体时，会全部被切割成 2×2mm2 或更细的水流，在狭窄的、由电气石形成的电场中被逐步连续地极化，收到更好的 活化成效；另外，在烧成的节能上，也有明显的成效；以一次烧成为例，电气石浆吸附在蜂窝陶瓷生坯上后，在蜂窝陶瓷的烧成温度下烧成，每立方 M 浸渍电气石的蜂窝陶瓷烧成能耗为 100 120kg 液化气，而烧 6.5 7t 的电气石球，需液化气 500 800kg，二者相差 5 7倍；因此，蜂窝陶瓷的制备技术是可行的；5.2 电气石蜂窝陶瓷在处理水方面的进展前景 目前，我国正提倡全面建设节省型社会，故而从中心到地方对以节省资源为中心的技改工程和产品开发电气石资源的工程 蜂窝形电气石质陶瓷的研发、生产，会赐予有力的政策、财税、投资支持；另一方面，在庞大的诱导拉力和鞭策压力作 用下，节省电气石用量而又可以极致发挥电气石 效能的新方案 蜂窝形电气石质陶瓷改善饮用水活性提高人体健康水平的技术，会逐步被采纳 并全面普及，珍贵的电气石也将为人类作出更多 和更永久的服务6 结语<1）电气石具有热电性、压电性等特别的理化性能，且能释放负离子、发射远红外线，是一种很好的环境功能矿物材料，国内外对电气石在环境工程中的应用讨论逐步深化；<2）电气石产生负离子的必要条件是水，热处理提高了电气石的热释电性，增强电气石释放负离子的才能；<3）电气石蜂窝陶瓷的的制备方法特殊且有强的技术可行性，在国内外是首次使用该制备方法制备电气石蜂窝陶瓷；<4）利用电气石蜂窝陶瓷，设计合理的加热装置，可以尝试试验电气石蜂窝陶瓷在加热的条件下是否能电离水蒸汽，催化、裂化有机物的构 想；参考文献1 张开永 , 成学海 , 曲鸿鲁 . 国内外电气石开发讨论现状欢迎下载精品学习资源及应用前景展望 . 矿冶, 2004, 131>: 15.2 潘兆橹结晶学与矿物学下>M. 武汉：武汉工业高校出版社， l 9933 Ertl A, Hughes JM, Prowatke S, Rosmaan GR, London D, FritzEA.Mn-rich tourmaline from Austria: structure, chemistry, optical spectra, and relations to synthetic solid solute SmasJ. 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