托玛琳洗洁精(电气石矿物生态环境功能材料及应用研究进展)

Posted 2023-05-27

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托玛琳洗洁精(电气石矿物生态环境功能材料及应用研究进展)

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　　电气石是一类以含硼为主要特征的，由钠、镁、铁、铝、锂等元素组成的环状结构的硅酸盐晶体矿物。电气石特殊的晶体结构和复杂的矿物成分，使得电气石具有异于其他非金属矿物的自发极化特性。电气石所发射远红外线波长范围是4～18μm，基本覆盖了人体吸收远红外线的最佳波长范围（2.5～4μm、5.6～10μm），对人体有良好的医疗保健作用。
　　
　　随着对电气石的研究进一步深入，发现通过减小电气石颗粒粒径可以进一步增强其自发极化性、热电性、远红外辐射等性能。为此，河北工业大学梁金生等在已有电气石矿物材料的研究基础上，分别运用化学法和物理法成功获得了纳米级电气石颗粒，并测试了颗粒的远红外发射等性能。研究发现，制备的粒径均匀的电气石纳米颗粒呈现匀称的条纹排列，表明电气石纳米颗粒的表面电位分布更加规则。

　　
　　因此，将电气石以纳米粒度均匀分散，有利于其提供规则的电场等效应，拓宽了它的高附加值应用，使具有特殊性能的电气石纳米颗粒能在低温脱硝催化、水体净化、易洁抗菌功能陶瓷、微环境调控等领域发挥更有效的作用。
　　
　　1、电气石在低温脱硝催化领域中的应用
　　
　　将纳米电气石与催化剂复合，利用纳米电气石增强的自发极化和远红外线辐射特性提高催化剂的催化效率。目前，纳米电气石在催化燃烧节能、催化去除汽车烟气尾气中甲烷等有害气体方面已取得了显著成果。
　　
　　孙剑锋课题组在前期研究工作的基础上，选择Ce、Fe、Mn、Ti、Si、Ni等元素的盐类作为主要原料，制备了一系列基于低温选择性催化还原技术（SCR）的脱硝催化材料，其中FeMnTiOx复合氧化物/电气石催化材料在150℃时的NO转化率可达到80%，250℃以上的催化效率高于90%。加入电气石后，催化材料的总体脱硝效率提升约20%，操作温度范围提升50℃。
　　
　　采用氧化物与适量电气石矿物制备的复合物催化材料不仅可以显著提升催化剂的低温脱硝活性，还能够提升催化剂的抗二氧化硫中毒性能，由此展示了电气石复合催化材料在低温SCR催化领域的应用潜力。
　　
　　2、电气石在水体净化领域中的应用
　　
　　电气石在水体净化领域具有广阔的应用前景。首先将电气石置于含重金属离子的污水中，在自发极化效应和表面吸附效应的协同作用下，电气石晶体表面的静电场可将重金属离子吸附到晶体负极，使得局部重金属离子的浓度升高，重金属离子与电气石表面羟基电离产生的OH－反应生成沉淀，使水体得到净化，其净化效率可达99%；其次当溶液中各离子浓度达到平衡时，反应不再进行，而且有益的碱金属离子如K+、Na+等不会产生沉淀；最后，通过搅拌很容易使形成的沉淀脱离电气石表面，电气石可以重复使用。
　　
　　韦仲华等研究了电气石竹炭陶瓷复合材料对水溶液中Cr6+的吸附去除行为，发现Cr6+因电场作用首先被吸附到电气石负极，使电气石负极周围Cr6+浓度增加，进而与OH－反应生成Cr（OH）6沉淀。进一步试验发现，将500mg平均孔径为400～500nm的电气石竹炭陶瓷复合材料搅拌24h后，其对Cr6+的去除率已达67%。
　　
　　利用电气石的自发极化效应还可以电解水分子，调节水体的pH值趋于中性。电气石也可降低水体的氧化还原电位，改良水体水质。电气石表面质子化作用和离子交换作用使水体中富余的OH－与水分子结合形成具有良好界面活性的负羟基离子H3O2－，它能够在水体中形成一层具有抗氧化性质的单分子层，对人体健康的影响有积极意义。
　　
　　3、电气石在易洁抗菌功能陶瓷领域中的应用
　　
　　粘附污垢的日用陶瓷制品不但影响美观，而且很容易成为细菌滋生和繁殖的温床。开发具有易洁抗菌特性的生物健康功能陶瓷不仅可以减少对人体有害的洗涤剂的使用，还能节约用水，在节能环保方面有着重要意义。
　　
　　孙剑锋课题组在陶瓷釉中添加电气石成分，通过调整釉料的配比，制备出具有抗菌性能的极亲水易洁陶瓷。与普通陶瓷相比，该种陶瓷釉层中气泡数量较少且大多分布在釉层与坯体的中间过渡层上，而且陶瓷釉层较致密，表面粗糙度较低，污垢较难粘附在陶瓷表面，有利于水在陶瓷釉表面上的铺展，提高了易洁陶瓷的抗污性能。另一方面，添加电气石成分的陶瓷釉具有较高的远红外辐射率，不仅能够减小水分子的缔合度，降低水的表面张力作用，而且远红外辐射可以加剧污垢中油酸分子的特征官能团振动。上述两种作用有效降低了油/水界面张力，陶瓷釉面的易洁性也随之提高。此外，孙剑锋课题组研究发现，在陶瓷釉中添加电气石后，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等细菌都具有良好的抗菌效果，细菌杀抑率达到了96%以上。
　　
　　4、电气石在微环境调控领域中的应用
　　
　　人居环境中的香烟、油烟，装饰材料产生的甲醛、苯、氨等多种化学污染物质随着空气中漂浮的灰尘会形成正离子，这种正离子一旦摄入人体就会减弱细胞活性，降低细胞吸收营养并减缓代谢，从而增加了人体产生各种疾病的风险，甚至可能致癌。用电气石研制的微环境调控材料不需要任何辅助能量即可自发产生羟基负离子，该负离子具有降尘、灭菌和生物保健的功能，它可以与空气中的污染物正离子有效复合，促使污染物聚沉，降低空气中有害物质的含量，起到净化和调控微环境的作用。
　　
　　杜冰等利用静电纺丝法在海藻酸钠与聚乙烯醇的体积比为4:6、电气石添加量为3g/100mL条件下制备了电气石/海藻酸钠/聚乙烯醇负离子功能型复合纤维，该复合纤维在空气中的负离子释放量可达2345个/cm3，且随着空气中温度与湿度的变化，可持续释放负离子。
　　
　　此外，范学珊等采用电气石微环境调控材料制备了禽畜饮用水活化床，利用电气石释放羟基负离子的特性抑制水中微生物的繁殖，有效改善了禽畜饮用水水质和养殖微环境，明显降低了禽畜的病死率；同时将电气石微环境调控材料作为养殖设施用建筑材料，成功实现了饲养场所的空气清新和净化。
　　
　　随着目前对电气石认识的不断深化，电气石矿物的加工将向超纯、超细、改性和复合方面发展。在技术设备开发方面，需要大力研发微细粒提纯、综合力场选矿技术和选矿设备，生产出高纯度电气石矿物材料。在现有超细粉碎和研磨设备基础上配套开发分级粒度细、精度高的精细分级设备，生产出粒度分布能满足现代电气石矿物生态环境功能材料产业要求的超微细粉体。对电气石粉体进行非极性修饰和复合，在解决其凝聚、分散和非极性物质相容性问题的基础上，进一步拓宽电气石的高附加值应用范围。
　　
　　现阶段我国电气石矿物生态环境功能材料产业仍然面临着优良资源开发产品档次不高、低水平开发利用情况严重等问题，严重制约了优质电气石矿物资源的高效利用。在现今电气石矿物生态环境功能材料产业的发展过程中，急需协同开发、产学研相互配合，大力推进针对电气石矿物资源的深层次研究应用。
　　
　　资料来源：《孙剑锋,张红,梁金生,等.生态环境功能材料领域的研究进展及学科发展展望[J].材料导报,2021,35(13):13075-13084》，由【粉体技术网】编辑整理，转载请注明出处！
　　