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1、1 / 8 电气石蜂窝陶瓷的功能研究。 Castaneda 等6通过对电气石样品进行热处理来研究其颜色变化，并探讨了电气石颜色变化机制，发现电气石呈现红色，晶体结构中Mn2+出现，加热处理后其颜色不发生变化，究其原因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周围静电 场 的 存 在 。 1989年 ， 日 本 环 境 专 家 Tetsujiro Kubo7发现电气石能净化水，继而研究发现在Cu表面有水的情况下电气石能吸附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 观察发现：电子束轰击电气石样品
2、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，在电气石的周围存在着以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迅速减弱，Er =(2/3E0(a/r3，a 为电气石微粒半径， r 为距离中心的长度。由此可知，在电气石表面厚度十几微M 范围内存在107104V/m 的高场强。1.2.3 电气石产生负离子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周围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，立即发生轻微的电解，水
3、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-与周围的水分子结合成为H3O2-，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实验还证实，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 范围内的H+、OH-离子被吸附到电气石的两极，与电解所形成的H+和精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 8 页3 / 8 OH-中和，过多的H+以氢气的形式释
4、放出去。随着电气石表面的H+离子的减少，由于浓度差的原因，远处的H+离子不断向电气石表面移动，直至达到平衡为止。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 ” 。正电极可以吸收负离子，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。当均匀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，从而在电气石表面附近存在静电场，具有电场效应13。1.2.5红外辐射特性电气石的多种缺陷形
5、态决定其具有强的红外辐射特性，通过研究电气石的红外光谱表明，以下三个方面具有红外活性：与 SiO4四面体的顶角相连的SiOSi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原因在于多种红外活性振动键的共存14。根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格振动频率，将直接影响红外辐射特性，天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
6、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TiO2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MTiO2和电气石 /TiO2复合体系自由基的信号，结果发现，复合体系的磁共振强度明显增高。冀志江等人研究发现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，通过研究电气石、稀土、二氧化钛三者的光催化协同作用，实验表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
7、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；调节水体的酸碱平衡等方面具有积极的实用意义。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、刚玉等简单氧化物，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）提高饮用水的活性精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 8 页4 / 8 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
8、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。，分布窄(d97 3.0 m，颗粒形状规则的超细电气石粉体，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，由许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，应用范围广，概括起来主要有以下几个方面：1）
9、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：用于医药及食品行业微生物固定；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% 48-51 Fe2O3WT% 0.5 Al2O3wt% 31-34 Na2O WT% 0.5MgO WT% 14-16 K2O WT% 10-6/k-199 8 耐碱性85 9 吸水率WT 22 5 5 电气石蜂窝陶瓷的制备蜂窝陶瓷
10、由最早使用在小型汽车尾气净化到今天广泛应用在化工、电力、冶金、石油、电子电器、机械等工业中，而且越来越广泛，发展前景相当可观。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，采用独特的涂层材料，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，良好的热稳定性，长的使用寿命，高强度等优点28。电气石蜂窝陶瓷所采用的技术路线：在全面建设节约型社会的今天，实施节约型生产，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、做强和持续发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，还是采取先将电气石烧制成球，再浸没于水中活化饮水的方式，此种方式实际上是
11、一种典型的高消耗资源的方式。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，仅形状结构的变化就起到了革命性作用。依照相似思维方式，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，极化效果更强，节约能耗更甚的效果。在蜂窝陶瓷内通道表面上烧结电气石薄层，这是一种大幅节约电气石用量的新技术。电气石釉料适当的配比灌注到蜂窝陶瓷中与适当的胶水浓度混合90OC下干750oC下煅烧 ， 并保 温 半个小时检
12、验包装检测精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 8 页6 / 8 5.1 电气石蜂窝陶瓷制备的技术可行性首先，无论是蜂窝陶瓷的生坯还是已烧熟的制品，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，配合助烧原料(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，采用浸渍法就使电气石泥浆沉积在了蜂窝陶瓷的内通道表面，控制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，还可以方便地控制电气石层在蜂窝体内孔壁上的厚
13、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，它还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，将二者牢固地结合在一起，机械应力、急冷急热应力、化学侵蚀等均不能使它们分离开来。在使用功效上，由于蜂窝体平行通道的个孔孔径仅 23mm，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渐连续地极化，收到更好的活化效果。另外，在烧成的节能上，也有明显的效果。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
14、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500800kg，二者相差 57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发展前景目前，我国正倡导全面建设节约型社会，故而从中央到地方对以节约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，会给予有力的政策、财税、投资支持。另一方面，在巨大的诱导拉力和鞭策压力作用下，节约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，会逐渐被采用并全面普及，宝贵的电气石也将为人类作出更多和更永久的服
15、务6 结语1）电气石具有热电性、压电性等特殊的理化性能，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研究逐渐深入。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能力。3）电气石蜂窝陶瓷的的制备方法独特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。: 15. 2 潘兆橹结晶学与矿物学(下M. 武汉：武汉工业大学出版社， l 993 3 Ertl A, Hughes JM, Prowatke S, Rosmaan GR, London D, FritzEA.Mn-rich tourmal
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