电气石粉体的表面电性研究

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电气石超细粉体的修饰及表征

电气石超细粉体的修饰及表征

第17卷第3期 湖南工程学院学报 Vo1.17.No .32007年9月 Journalof Hunan I nstitute of Engineering Sep t 2007收稿日期3作者简介王连军(),男,硕士,研究方向功能材料电气石超细粉体的修饰及表征王连军,刘 方(湖南工程学院化学化工系,湖南湘潭411104) 摘 要:比较了用不同偶联剂对电气石超细粉体表面进行修饰,对修饰后的电气石进行表征及性能研究,结果表明:钛酸酯偶联剂的修饰效果明显好于硅烷和聚乙烯醇;钛酸酯偶联剂的含量在3%~5%之间,修饰效果较好.关键词:电气石;偶联剂;修饰;表征中图分类号:TQ047.5 文献标识码:A 文章编号:1671-119X (2007)03-0058-050 前 言由于电气石是一种无机矿物质,要做成负离子纤维需要将无机的电气石粉体加到有机的聚合物中,它们两者存在有机物与无机物的相容性问题,为了能使电气石更好的加到高聚物中,需要对电气石进行表面修饰.偶联能使无机填料和有机聚合物在界面上进行分子交联,以改进材料性能的一种试剂.偶联剂同时含有亲无机填料和有机聚合物基体的官能团.常见的偶联剂主要有硅烷类和钛酸酯类[1][2][3].钛酸酯偶联剂的作用是在填料表面形成一层单分子覆盖膜,改变其固有的亲水性质,使填料表面性质发生根本性变化.由于钛酸酯偶联剂具有独特的结构,对热塑性聚合物与干燥填充剂有良好的偶联效能,因而可提高加工时填料的分散性、流动性,改善复合材料的断裂伸长率、冲击性和阻燃性能等.充分发挥复合材料功能,研究表面修饰技术十分必要[4].钛酸酯偶联剂由中心元素钛,亲水基团以及亲油基团构成.钛酸酯的分子结构一般为:R ———O ———Ti ———(O ———X ———R ’———Y)nR ———O ———与填料之间产生偶联作用;———R ’———是钛酸酯分子结构的有机骨架,当R ’基团中的碳原子数大时,能对无机填料的表面产生修饰作用,导致填料-有机聚合物体系的粘度显著降低;———Y —可以与聚合物发生化学反应,实现填料与聚合物之间的化学偶联;n 一般为1~3.硅烷偶联剂是一种含有不同性质双官能团的有机硅化合物,它可以通过化学作用将有机聚合物与玻璃、矿物质填料、金属及金属氧化物等无机材料牢固地粘合在一起,因而硅烷偶联剂以其独特的性能而获得广泛的应用.硅烷偶联剂具有X 3———Si ———R ———Y 的特征结构,其中Y 是有机官能团;X 是可以水解的基团;Y 与聚合物具有较好的相容性和反应性.X 水解生成硅醇基团中间体,借此对无机填料表面形成粘接键.聚乙烯醇,乳白色或微带黄色的蜡状薄片或粒柱.有良好的耐磨性和粘结力.能耐酸,碱,油脂和润滑剂的侵蚀.溶于热水不溶于冷水及大多数的有机溶剂.主要用于测定钢铁中砷的试剂,乳化剂,制药工业,照相业,陶瓷黏合剂.金属,塑料等用作保护膜.1 实 验1.1 实验原料电气石矿石,1.3~1.4μm ,上海大兆工贸有限公司地矿宝石材料部;丙酮分析纯,中国联试化工试剂有限公司;液体石蜡,化学纯,上海菲达工贸有限公司和桥分公司;甲苯,分析纯,上海菲达工贸有限公司;有机硅GE,东芝有机硅上海有限公司;钛酸酯偶联剂,NDZ -130,南京曙光化工厂.1.2 实验仪器:2007-04-2:1974-:.台式离心机,上海安亭科学仪器厂;CB603N电子天平,瑞士梅特勒-托利多公司;NEX XUS-670型傅里叶红外-拉曼光谱仪,美国N icole t公司;LVT 型度盘式旋转粘度计,嘉兴仪器有限公司;72G型分光光度计.1.3 电气石粉体的修饰在三个三口烧瓶里面加入电气石粉体,再往其中分别加入偶联剂:钛酸酯,聚乙烯醇,硅烷;使得在整个的混合物体系中偶联剂的质量分数为1%.往烧瓶中加反应溶剂(甲苯),在96℃的油浴中持续反应4h.将三种反应完的溶液,用离心机将甲苯与反应后的产物(修饰的电气石粉体)分离,把产物烘干并研细.1.4 偶联作用的红外光谱表征NEX US-670型傅里叶红外-拉曼光谱仪上,采用K B r压片法测得修饰后的电气石红外光谱(I R)谱图.1.5 透过高度法测接触角透过高度法是将固体粉体以固定操作方法填装在具有孔状形管底的玻璃管中,此管的底部可防止粉体漏失,但允许液体自由通过,让管底接触液面,液面在毛细力的作用下在管中上升,上升最大高度h由下公式决定:h=-2γcosθ(ρg r)(1)图1 透过高度法测接触角其中γ和ρ为液体的表面张力和密度,θ为接触角, G为重力加速度,r为粉体柱的等效毛细管半径.由于粉体柱r无法直接测定.通过采用标准液体校正的方法来解决.即用一已知表面张力(γ0)和密度(ρ)和对所研究粉体接触角为0的液体,先测定其透过的高度,应用上面式子算出粉体柱的等效毛细管半径,然后再用同样的粉体柱测定其他液体的高度,所以得到的等效毛细管半径值来计算各液体对该粉体的接触角,这样做的时候,计算公式也可以写作cosθ=ργ0h/(ρ0γh0)(2)由于粉体柱的等效毛细半径与其粒子大小,形状及填装紧密程度密切相关,故欲用此法得到正确的结果,粉体样品及装柱方法的同一性十分重要[5][6].1.6 旋转粘度计测量粘度将0.002g修饰粉体加入25m l液体石蜡中,振荡后静置3m in,然后用旋转粘度计进行测试.1.7 紫外光—可见光测定吸光度将0.002g修饰粉体加入25m l液体石蜡中,用超声波分散仪分散20m in,取其上层清液,测定吸光度值.2 结果与讨论2.1 不同偶联剂的改性效果[7]矿物表面润湿性的直接表征方式是接触角.接触角可以相应地反映粉体颗粒与固体介质之间的润湿能力.接触角小,润湿能力强;接触角大,润湿能力差.比较接触角的大小,便可对修饰效果作出评价.接触角测试结果如表1所示.表1 修饰粉体的接触角接触角钛酸酯修饰样硅氧烷修饰样聚乙烯醇修饰样原样α(甲苯+粉体)—P E T7.0°15.0°16.5°21.5° 注:α甲苯-PET=2.5°由表1可知,在非极性液体中与PET膜的接触角越小.这说明粉体具有较好的非极性修饰效果.这是因为电气石表面存在大量的-OH基团,在修饰前与极性溶剂有良好的相容性.与修饰剂(Cm Hn-…-OH)作用后,其-OH大量减少(-OH+—COOH→-C OO-+H2O,—OH+-OH→-O-+H2O),被有机修饰剂中的烃基(C m H n-)取代,粉体表面由极性转变为非极性,因此与非极性的PET膜具有良好的润湿性,表现为接触角变小,有良好的修饰效果.由实验数据可知道钛酸酯修饰的效果最好.95第3期 王连军等:电气石超细粉体的修饰及表征h0r图2 钛酸酯修饰前后粉体的红外光谱图 图2是钛酸酯修饰前后粉体的红外谱图.由图可见,1270c m-1、1043c m-1、989.51c m-1处分别出现C-O伸缩振动峰、C-C骨架振动峰;1349c m-1处出现C-H面内弯曲振动峰;2919c m-1、2850 cm-1处出现C-H伸缩振动峰.因为试验所用钛酸酯修饰剂是一种单烷氧基脂肪酸类聚合物,修饰后粉体中增加了大量的C-O键、C-C键、C-H键.这表明修饰剂与粉体在一定程度上产生了较好的偶联作用.2.2 改性粉体的润湿作用的研究[8][9][10]透过高度法的测试接触角的实验装置见图3.按照透过高度法的要求进行实验,可以将此玻璃管悬挂在天平上,从测上升溶液的质量转换成测上升溶液的高度.因此,可以利用所测得的高度值进行θ的计算,因为θ测得的是修饰粉体与水的接触角,与水接触越不好,说明电气石的粉体修饰效果越好.因此θ的角度就越大,此粉体与丙酮润湿效果比较好,修饰的效果比较好.图3 测接触角实验装置用丙酮作为标准溶液,测得玻璃管中丙酮的上升质量(采用丙酮作为标准溶液,丙酮能够浸润修饰的电气石粉体θ=°,θ=),见表表2 不同含量的钛酸酯修饰的电气石粉体与丙酮的亲和性表征含量丙酮质量/g时间/m i n1%3%5%7%100.00420.00760.00700.0064200.00950.01610.01750.0155300.01220.02040.02120.0189 用水作为待测溶液,测得玻璃管中水的上升质量如表3所示.表3 不同含量的钛酸脂修饰的电气石粉体亲水性表征含量丙酮质量/g时间/m i n1%3%5%7%100.00120.00040.00040.0004200.00280.00140.00120.0015300.00320.00200.00170.0018图4 修饰电气石与水的接触角已知:水的表面张力71.8×10-3Nm-1,丙酮的表面张力×3N,水的密度8,丙酮的密度1,由式()计算接触角,得到四种样品与水的接触角θ的值见图06 湖南工程学院学报 2007年0cos12.22.710-m-10.99g/m l079g/m l24.由图4接触角θ值可以看出,钛酸酯质量分数为5%的修饰效果较好.2.3 石蜡与电气石体系的粘度研究将修饰后的电气石粉体加到石蜡溶液中,振荡静置后用度盘式旋转粘度计,测定四种溶液的粘度如表4和图5所示.表4 四种样品的粘度样品粘度(cp)1%3%5%7% 121303028220292927320292828Ave.20.3329.332927.66图5 四种样品所测的平均粘度的比较从表4可以看出,加入钛酸酯修饰后的电气石粉体的石蜡溶液的粘度增大.这是因为流体在圆管内流动时,实际上是被分割成无数极薄的圆筒层,一层套着一层,各层以不同的速度向前运动,如图6所示,由于各层的速度不同,层与层之间发生了相对运动,速度快的流体层对与之相邻的速度较慢的流体层发生了一个推动其向前运动方向前进的力,而同时速度慢的流体层对速度快的流体层也存在一个大小相等、方向相反的力,从而阻碍较快流体层向前运动.这种运动着的流体内部相邻两流体层的相互作用力,称为流体的内摩擦力,是流体粘性的表现[11].当加入钛酸酯修饰后的电气石粉体后,随着流体中粒子填充剂体积分数增大,流体层向前运动受到阻碍,因此剪切粘度变大.因此可以根据粘度的大小来判断石蜡溶液中电气石的含量.粘度越大,石蜡溶液中电气石的粉体就越多.图6 流体在圆管内分层流动示意图石蜡是一种有机溶剂,如果电气石粉体的表面修饰效果越好,则修饰后的电气石与石蜡中的相溶性越好从图5可以看出,加入3%钛酸酯修饰后的电气石粉体的石蜡溶液的粘度最大,这表明,3%钛酸酯表面修饰的效果最好2.4 表面改性电气石粉体与石蜡体系的吸光度研究利用分光光度计分光,使一定波长的可见光通过溶液,根据物质对光的吸收程度来确定物质的含量.分光光度分析具有较高的灵敏度,测定时,溶液浓度的下限(最低浓度)一般可达10-5~10-6M (相当于含量只有0.001%~0.0001%),个别的还可以更低,因此,分光光度分析特别适合用于微量组分的测定.采用电气石粉体的最大吸收波长(520μm)作为入射光源,进行实验得到如图7所示的结果:图7 四种样品的吸光度由图7可知,加入该粉体后的石蜡溶液,在分散静置后的清液的吸光度随着粉体中钛酸酯的增量而增大.这是由于电气石在溶液中是不透明的,溶液中的电气石粉体的含量越高,所测溶液的吸光度就高,因此,可根据溶液吸光度的大小来判断电气石在溶液中的含量,从而可以推断出以上四个样品加入多少的钛酸酯的电气石的偶联效果最好.用7%钛酸酯修饰的电气石粉体测得的吸光度最高,说明此修饰后的电气石粉体,更易溶于有机溶剂,从而得出用7%钛酸酯修饰电气石粉体的效果最佳.用三种方法对修饰后的电气石粉体进行表征,来确定偶联剂的最佳用量.结果如下:(1)用接触角来表征的时候,1%钛酸酯的修饰电气石的修饰效果与其它三个样品相比要差得多, 3%、5%、7%的修饰效果相差不大,5%的修饰效果稍微较3%和7%的好一点.(2)用粘度来表征的时候,1%钛酸酯的修饰电气石的修饰效果与其它三个样品相比要差得多, 3%、5%、7%的修饰效果相差不大,3%的修饰效果稍微较5%和%的好一点(3)用吸光度来表征的时候,%钛酸酯的修饰电气石的修饰效果与其它三个样品相比要差得多,16第3期 王连军等:电气石超细粉体的修饰及表征..7.13%、5%、7%的修饰效果相差不大,7%的修饰效果稍微较3%和5%的好一点.由以上分析可以看出表征方法不同,所得到的结果也有所不同.这是由于钛酸酯有一定的润滑作用,钛酸酯的用量加大会使整个溶液的粘度下降:同时由于钛酸酯对吸光度的影响,随着钛酸酯的加量,溶液的吸光度也会有所上升.3 结 论用不同偶联剂对电气石超细粉体表面进行修饰,通过对修饰后的电气石进行表征及性能研究,结果表明:(1)钛酸酯偶联剂的修饰效果明显好于硅烷和聚乙烯醇;(2)钛酸酯偶联剂的含量在3%~5%之间,修饰效果较好.参 考 文 献[1] 罗士平,周国平.钛酸酯偶联剂对无机填料表面改性的研究[J].合成材料老化与应用,2001,(1):9-13. 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Key wor ds:t our m aline;titanate;modification;charac teriz a tion26 湖南工程学院学报 2007年。

电气石粉产生负离子的机理

电气石粉产生负离子的机理

电气石粉产生负离子的机理目前对于空气负离子产生机理的认识还很肤浅。

作为一种天然负离子发生器,电气石与电气石粉具有两个重要特性,即热电性和压电性,它在一定条件下,产生热电效应和压电效应。

热电效应,过去称之为焦热电现象,指有些晶体,当温度发生变化时,一部分带正电,另一部分带负电的现象。

压电效应是指某些晶体在压力作用下两端表面间出现电热差的现象,这种现象也称为正压电效应。

基于以上两种效应的存在,当温度和压力有变化时(即使是微小的变化),能引起电气石晶体之间电热差和电压差,这种静电电压差可以高达1.0×106eV,这个能量足以使空气发生电离,使邻近的空气分子电离转化为空气负离子。

目前人们普遍认为电气石的热电性和压电性主要源于Fe元素的二价和三价离子的存在以及Fe2+和Fe3+的转化作用。

负离子产生的基本条件是需要外界的能量激励条件,这些激励条件目前主要有放射线(γ射线)、自然光(含紫外线、红外线)、热、机械摩擦等。

这些能量作用于负离子材料形成分子内部的静电压,产生逃逸的自由电荷。

表面的自由电荷积聚,使周围大气成分中的O2、N2、CO2、H2O等分子产生极化反应,放出的e-与O2、CO2、H2O反应。

O2 →+e O-2O-2+nH2 →O O-2(H2O)nO-2+CO2+nH2 →O CO-4(H2O)n上述反应过程中生成的O-2、O-2(H2O)n、CO-4(H2O)n等离子形态,即为空气负离子。

大气中空气负离子在时刻不停地产生,也在不停地消失。

当空气负离子遇到尘埃或有害气体成分,就立即失去极性而消失。

目前,应用的空气负离子材料主要为电气石或者电气石粉。

在粘胶纤维中嵌入电气石超微粉后,在一定外部能量波动状态下(如体温、阳光、压力,甚至是非常微小的作用下),即能引起负离子晶体之间高达1.0×106eV静电电势差,从而形成电场,高电压使电场中的空气电离,被击中的电子通过电气石结晶粉末两端所具有的永久正、负极性,与普通的水、空气中的水分子或皮肤表面的水分子接触后,就能产生瞬间放电电离效应,将水分子电解为H+和OH-。

阳离子表面活性剂对电气石表面改性效果的探讨

阳离子表面活性剂对电气石表面改性效果的探讨
石 的改性 效果不佳 。
、 羔 0 _ 7 ■ ■ _ , — —
改性 剂用量
( %)
1 2

称取 5 . 0 g 电气石 粉加入 四 口烧瓶 中 ,加入5 0 mL 溶剂( 水) 和一 定量 的 阳离子表 面活性剂 ,在 适当的温 度下反应一段时 间后 ,用无水 乙醇洗涤三次 ,真 空抽
滤 ,烘 干研磨 待用 。 1 . 3测 试 与表 征 1 . 3 . 1表 面 接触 角
范 围4 0 0 0 ~4 0 0 c m一。 1 . 3 . 3 S E M分 析
将改性和未 改性 的 电气石粉分别分散 于D MF中, 制样 ,用 日本 日立公 司生产的S - 4 5 0 型扫描 电子显微
镜 观察其 形貌 。
2 结 果与讨论
接触 角( 。)
十二烷 基 十六烷基 双十八烷 基 三 甲基 氯 化铵 三 甲基 氯化 铵 二 甲基氯 化铵
电气石粉 体压片 , 用上海 中晨数 字技术设备有 限公 司
38. 5 48. 5
5 8. 5
42. 5 41 . 5
34. 5
4 5
68. 2 60. 5
4 7. 0 2 7. O
34. 5 1 6. 0
生产 的J C 2 0 0 0 C 接触角测量仪测量其与水接触 角的变
40 60 8 0 1 00 l 20
表1 不同改性温度下电气石样品的接触角数据
接触 角( 。) 十二 烷基 十六烷基 双十八 烷基 三 甲基氯 化铵 三 甲基氯 化铵 二 甲基 氯化铵
51. 5 6 6. O 63. 8 5 0. 0 4 5. o 36. 5 3 8. 0 58. 5 3 4. 0 3 3. 0 2 0. 0 3 5. 0 4 2. 5 3 4. 5 2 9. O

电气石粉的分类与物理性质

电气石粉的分类与物理性质

电气石粉的分类与物理性质我们都知道,电气石粉的作用是非常强大的,在我们的生活中可以说是无处不在,化妆品,净化空气,汗蒸房等都离不开它。

要想了解电气石粉,首先要了解它的物理特性。

电气石按优势元素而分为3类:镁质电气石(镁电气石),呈褐色;铁质电气石(黑电气石),呈黑色;碱质电气石,呈粉红色(红电气石)、绿色(绿电气石)或无色(无色电气石)。

有时晶体一端呈粉红色,而另一端呈绿色;也可能出现同心式色带。

透明而无瑕疵的各色品种都可雕琢成宝石。

电气石很多,发育最好的晶体是在伟晶岩里,以及在与花岗质岩浆接触的变质石灰岩里。

由于抗风化能力强,可聚集於碎屑沉积中,而且是沉积岩中常见的副矿物。

高品质宝石来自加利福尼亚州南部、缅因州、巴西和马达加斯加等处的伟晶岩中。

由于具有压电性,还用于测压力的仪表中。

其有色晶体具有很强的二向色性,亦即从不同的轴向进行观察时,呈现不同的颜色;寻常光几乎可全部被吸收。

平行于直立轴切制的电气石晶体薄片只允许非常光通过;如果将两个这样的薄片交叉放置,光线就全部不能通过。

一对这种薄片制成的偏振器称为电气石钳。

电气石粉颜色随成分不同而异:富铁的电气石呈黑色;富锂、锰和铯的电气石呈玫瑰色,亦呈淡蓝色;富镁的电气石呈褐色和黄色;富铬的电气石呈深绿色。

电气石常具色带现象,垂直z轴由中心向外形成水平色带,或z轴两端颜色不同。

条痕无色。

玻璃光泽。

无解理。

有时可有垂直L3的裂开。

硬度7~7.5。

相对密度3.03~3.25,随铁、锰含量的增加,密度相应增大。

具压电性和热电性。

透明晶体纵向切片有偏光和多色性。

电气石的研究开发与利用

电气石的研究开发与利用

电气石?电气石,英文名称Tourmaline,中国商品名称“碧玺〞,“ Tourmaline〞一词是从古僧伽罗(锡兰)语“Turmali〞衍生而来的,意思为“混合宝石〞。

电气石是一种天然宝石,电气石是其在矿物学中的名称,电气石是一种含硼及成分复杂的硅酸盐矿物。

一般为柱状结晶体形态。

电气石既是一种晶体,又是一种电介质,还是一种带电的石头。

电气石的由来古希腊神话里将电气石喻为普罗米修斯留给人间的火种的化身;古埃及的传说里,那么将电气石喻为沿着地心通往太阳的一道彩虹。

在西方,电气石被称为“权利之石〞,经常作为权利的象征被达官显贵们佩戴;在中国,电气石又因为与“辟邪〞谐音〔碧玺〕而被人们所喜欢。

相传,假设可以找到彩虹的落脚点,就可以找到永久的幸福和财富,彩虹虽常有,却总也找不到它的起始点。

直到1500年,一只葡萄牙勘探队在巴西发现一种宝石,居然闪耀着七彩霓光!像是彩虹从天上射向地心,沐浴在彩虹下的平凡石子在沿途中获取了世间所囊括的各种色彩,被洗练的晶莹剔透。

不是所有的石子都有如此幸运,这藏在彩虹落脚处的宝石,被后人称为“碧玺(Tourmaline)〞,亦被誉为“落入人间的彩虹〞。

在中国文化中,“碧玺〞这个词语最早出清朝。

清朝的古典?石雅?中曾有相关记载:“碧亚么之名,中国载籍,未详所自出。

清会典图云:妃嫔顶用碧亚么。

滇海虞衡志称:碧霞玺一曰碧霞玭,一曰碧洗;玉纪又做碧霞希。

今世人但称碧亚,或作璧玺,然已无问其名之所由来者,惟为异域方言,那么无疑耳。

〞在清朝之后的一些历史著作中,也找到了“砒硒〞、“碧玺〞、“碧霞希〞等称呼,而现代社会那么称呼这种奇特的宝石为碧玺。

传说碧玺特别受慈禧太后的喜欢,慈禧太后的殉葬品中就有很多碧玺首饰。

仍然有很多中国人特别喜欢碧玺首饰,碧玺首饰的价格也一路飙升,很多朋友都会定制碧玺首饰送给自己的亲朋好友。

碧玺首饰的种类很多,例如碧玺项链、碧玺戒指、碧玺吊坠等等。

碧玺谐音“辟邪〞。

电气石实验报告

电气石实验报告

一、实验目的1. 了解电气石的基本性质和特点;2. 掌握电气石在电气设备中的应用;3. 分析电气石在不同环境下的性能变化;4. 研究电气石在电气设备维护和修复中的作用。

二、实验原理电气石(也称为电气石矿物)是一种具有特殊电学性能的矿物,其主要成分是硼硅酸钙。

在特定条件下,电气石能够导电,因此被广泛应用于电气设备中。

本实验主要研究电气石在电气设备中的应用,包括导电性、耐压性、绝缘性能等。

三、实验设备与材料1. 实验设备:万用表、电源、电阻、电容器、电感器、电气石样品等;2. 实验材料:纯水、硫酸、硝酸、盐酸、氢氧化钠等。

四、实验步骤1. 电气石样品的采集与处理:采集电气石样品,清洗并干燥;2. 电气石导电性测试:将电气石样品与电阻、电容器、电感器等元件串联,测试其在不同电压下的导电性;3. 电气石耐压性测试:将电气石样品与电源、电阻、电容器、电感器等元件串联,测试其在不同电压下的耐压性;4. 电气石绝缘性能测试:将电气石样品与电阻、电容器、电感器等元件串联,测试其在不同频率下的绝缘性能;5. 电气石在不同环境下的性能变化测试:将电气石样品放置在高温、低温、潮湿、干燥等不同环境下,测试其导电性、耐压性、绝缘性能等性能变化。

五、实验结果与分析1. 电气石导电性测试结果:电气石在低电压下具有良好的导电性,随着电压的升高,导电性逐渐减弱;2. 电气石耐压性测试结果:电气石在较高电压下具有良好的耐压性,但超过一定电压后,耐压性会急剧下降;3. 电气石绝缘性能测试结果:电气石在较高频率下具有良好的绝缘性能,但在较低频率下绝缘性能较差;4. 电气石在不同环境下的性能变化测试结果:在高温环境下,电气石的导电性、耐压性、绝缘性能均有所下降;在低温环境下,电气石的导电性、耐压性、绝缘性能均有所提高;在潮湿环境下,电气石的导电性、耐压性、绝缘性能均有所下降;在干燥环境下,电气石的导电性、耐压性、绝缘性能均有所提高。

六、结论1. 电气石具有良好的导电性、耐压性和绝缘性能,在电气设备中具有广泛的应用前景;2. 电气石在不同环境下的性能变化与其电学性能密切相关,因此在实际应用中应充分考虑环境因素;3. 电气石在电气设备维护和修复中具有重要作用,可以有效提高设备的可靠性和稳定性。

陶瓷专用电气石粉

陶瓷专用电气石粉

陶瓷专用电气石粉
陶瓷专用电气石粉是一种专门应用于电子陶瓷领域的材料。

它有很多优点,被广泛地应用于陶瓷的制作中。

下面,我们来分步骤阐述一下关于陶瓷专用电气石粉的相关内容。

1. 了解电气石粉的性质
电气石粉是一种陶瓷纳米材料,其粒径亚微米级别。

根据不同的应用领域,电气石粉的成分和物理性质各不相同。

陶瓷专用电气石粉以二氧化硅为主要成分,这使得电气石粉在陶瓷的制作中有着相当重要的作用。

它具有非常高的介电常数,是制作高压电子元件时必不可少的材料之一。

2. 确定电气石粉的工艺参数
在陶瓷制作过程中,电气石粉的工艺参数至关重要。

这个过程需要通过实验和测试不断调整和优化。

首先需要确定的是电气石粉的颗粒大小,这直接影响到制品的质量和性能。

其次是控制电气石粉的浓度,以便在水基悬浮液中均匀分布。

还需要控制电气石粉的烧结温度和时间,这将直接影响到制品的烧结质量和稳定性。

所有这些参数需要细致地调整,以确保最终制品具有良好的性能和质量。

3. 制作陶瓷制品
在确定了电气石粉的工艺参数之后,就可以开始进行陶瓷制品的制作了。

首先需要根据需要的形状制作成型模具。

然后将陶瓷泥料注入模具中,进行均匀分布和压制,制成所需的形状。

制品需要经过烧结过程进行固化,并进行必要的表面处理和涂层,以保证制品的质量和功能。

综上所述,陶瓷专用电气石粉是电子陶瓷制作中不可或缺的材料之一,具有很多优点和应用领域。

通过对电气石粉性质的了解,并掌握其工艺参数,可以制作出高质量的陶瓷制品。

在未来,随着技术的不断发展,相信陶瓷行业也会有更加广阔的前景和应用空间。

电气石(化学术语)

电气石(化学术语)

表面有机包裹法是利用有机表面改性剂分子中的官能团与无机矿物粉体颗粒表面发生化学吸附或化学反应, 从而达到对颗粒表面进行改性的目的。所用表面改性剂主要有偶联剂、高级脂肪酸及其盐、有机低聚物、不饱和 有机酸以及水溶性高分子等,是目前最常用的无机粉体表面改性方法。
应用领域
水处理 饰品原料
电磁屏蔽材料 其他
电气石可与空气中的水分子形成阴离子,中和辐射发出的阳离子,以阻止电磁波的传播。用含电气石微粉的 物质做成外壳,有电磁屏蔽和消除静电的作用。
对于电气石能产生负离子这一特性,近年来出现了很多将电气石用于室内装修及其他建筑材料。有学者利用 电气石粉体制成负离子整理剂,将其与红麻和低熔点聚酯混合均匀,熔融共混,制备汽车内饰材料。 也有学者 在建筑材料中添加电气石,如隔热板、砖等。
电气石同时具有压电效应和热电效应,当周围环境发生变化,温度或压力改变时,电气石晶格内晶键发生扭 转,电子发生转移,使得电气石一端带正电,另一端带负电。相反的电极被定义为c+和c-,c+是冷却或加压过程 中沿c轴压缩的正极,c-是在加热或减压过程中沿c轴膨胀的负极。
分类
矿物种分类
颜色分类
有学者将电气石分为镁铁锂电气石、钙镁电气石、钠锰电气石、布格电气石四个矿物种。 (1)镁铁锂电气石:Na(MgFeAlLi)3Al6(BO3)3(Si6O18)(O,OH,F)4 根据三元完全类质同象(类质同象是在一种晶体的内部结构中﹐本来完全可由某种离子或原子占据的位置﹐ 部分地由性质类似的他种离子或原子所占据﹐共同形成均匀的﹑单一相的混合晶体的现象。一般而言,相互替代 的原子或离子的半径接近,离子类型和化学键相同或相近,则比较容易形成类质同象替代,同时还要能保持电价 平衡 )种的划分分为三个亚种 : 镁电气石 (Dravite):NaMg3Al6(BO3)3(Si6O18)(OH)4 铁电气石 (Schorl):NaFe3Al6(BO3)3(Si6O18)(OH)4 锂电气石 (Elbaite):Na(Li1.5Al1.

硅烷偶联剂KH 570对电气石表面改性条件优化与表征

硅烷偶联剂KH 570对电气石表面改性条件优化与表征

矿产综合利用Multipurpose Utilization of Mineral Resources第1期2021年2月·193·硅烷偶联剂KH 570对电气石表面改性条件优化与表征安文峰,胡应模,张丹丹,李苗苗(中国地质大学(北京)材料科学与工程学院,非金属矿物和固废资源材料化利用北京市重点实验室,岩石矿物材料国家专业实验室,北京 100083)摘要:以KH 570为改性剂,采用湿法改性的方法,在中性条件下对电气石进行表面改性,以改性产物的接触角和吸油值为参数,对改性的工艺条件进行了优化。

结果表明,在改性剂KH 570用量为0.12 mL/g 、醇水比为1:5时,在90℃下与10 g 电气石反应2 h 得到具有优良疏水性能的改性电气石,其接触角为93接。

采用IR 、XRD 、SEM 对改性电气石的结构与形貌进行了表征,结果表明,电气石经过改性后,表面成功地接入了含有双键的有机链,改性前后电气石的晶体结构没有发生变化,而改性后电气石的团聚现象大大降低,分散性增加。

关键词:电气石;KH 570;表面改性;可聚合有机化电气石doi:10.3969/j.issn.1000-6532.2021.01.032中图分类号:TD989 文献标志码:A 文章编号:1000-6532(2021)01-0193-06收稿日期:2019-08-27;改回日期:2019-09-24基金项目:国家自然科学基金赞助(51372233)作者简介:安文峰(1995-),男,在读硕士,研究方向为矿物表面改性及其功能聚合物的合成。

通讯作者:胡应模(1964-),男,教授,博导,研究方向为矿物材料的改性及其功能复合材料。

电气石是非金属矿物领域中较为重要的一类非可再生硅酸盐类矿物[1]。

它广泛分布于沉积岩、变质岩、火成岩、伟晶岩发育地区及气成高温热液矿床中,与绿柱石、黄玉、云母等矿物共生[2],因其所处环境的差异,其内部化学组成与结构差异也较大,一般来说,除硼元素外,还含有钠、镁、铝等其他金属元素[3]。

纳米电气石粉

纳米电气石粉

纳米电气石粉
纳米电气石粉,是一种新型的纳米材料,具有良好的导电和导热性能,被广泛应用于电子、石油、化工等领域。

电气石又称闪石,是一种具有独特光学特性的矿物,常用于制造光学玻璃、偏振器、光学仪器等。

而纳米电气石粉,则是将电气石经过特殊处理后制成的纳米粉末,其粒径一般在10-100纳米之间。

这种纳米粉末具有高比表面积、小尺寸效应、优异的光学、电学性质等特点,因此有着广泛的应用前景。

在电子领域,纳米电气石粉可以用于制造高性能的导电材料。

由于其微小的粒径和良好的导电性能,可以作为电子元件中的导电剂使用,提高电路的导电性能和稳定性。

在石油和化工领域,纳米电气石粉可以用于制造高性能的催化剂。

由于其高比表面积和良好的催化性能,可以作为催化剂的载体,提高反应效率和选择性。

除此之外,纳米电气石粉还可以用于制造高性能的光学材料。

由于其独特的光学特性和微小的尺寸效应,可以用于制造光学滤波器、偏振器、显示器等高性能光学元件。

纳米电气石粉是一种具有广泛应用前景的新型材料,其应用涉及电子、石油、化工、光学等多个领域。

随着纳米技术的不断发展和完
善,相信纳米电气石粉的应用前景会越来越广阔。

钛酸酯对电气石粉体的表面改性及表征

钛酸酯对电气石粉体的表面改性及表征

电气石 ( T o u r m a l i n e ) 是一 种 含硼 、 铝、 钠、 铁、 锂
应 用领 域具 有重 要 意义 L l 一 引。
环状结构的硅酸盐矿物¨ j , 化学式可简写为 N a R A l 6 [ S i O 8 ] ( B O , ) ( O H) 。因其具 有压 电性 和热 电性的特点而受到广泛 的关注 , 在 温度或压力发生 变化的条件下 , 电气石 晶体能产生电势差 , 使周围的 空气 发生 电离 , 使 附着 于 邻 近 的水 和 氧 分 子转 化 为 负氧 离子 ] , 产 生 的负氧 离 子 在 空气 中移 动 , 使 负 电荷 向灰尘、 烟雾微粒 以及水滴转移 , 使空气得以净 化, 所以, 电气 石 是一 种 优 良的功 能 环 境 材 料 , 用 于 室内涂料和家具 、 电器等的涂层材料等 , 产生的负离 子能 净化 室 内空 气 ; 此外 , 随着 温 度 的变 化 , 矿 物 结 晶体两端产生 电压 , 其 极性 离子在平衡位置振动引 起偶极距变化而产生远红外 电磁辐射 J , 可使人 体产生热效应和共振吸收效应 , 对人体具有保健作 用, 所以电气石被誉为 2 1 世纪改善环境 、 促进人体 健 康 的全新 材 料 ‘ 7 - 8 ] 。
第 1 期 2 0 1 3年 2月
矿 产 综 合 利 用
Mu l t i p u r p o s e Ut i l i z a t i o n o f Mi n e r a l Re s o ur c e s
No. 1 Fe b. 201 3
钛 酸 酯 对 电气 石 粉 体 的表 面改 性 及 表 征
学纯 ; 液体石蜡 ( 北京化工厂 ) , 化学纯 ; 乙醇、 丙酮、

电气石的性能研究及其应用展望

电气石的性能研究及其应用展望

电气石的性能研究及其应用展望摘要: 电气石族矿物化学成分高度多样化,因其本身具有热电性,压电性及自发极化性,不仅可以作为珍贵的宝石,而且在科学技术、环保等领域有着广泛的用途和应用前景。

文中主要对电气石的理化性质、及应用现状进行了综述,并指出了存在问题和发展趋势。

关键词: 电气石; 净水; 电磁屏蔽;0 引言:早在公元1500 年中期,葡萄牙一支探险队在巴西发现了这种宝石——电气石,并取名为:托玛琳,意为“多彩宝石”。

荷兰人在航海的途中发现它不仅能够吸引轻小物质,还可以把周围一些轻小的灰尘或草屑吸引过来,所以,电气石又被人们称之为“吸灰石”[1]。

1768 年,科学家林内斯又发现这种矿石具有压电型和热电性的性质,后来人们才把它叫做现在的名称“电气石”[2]。

研究表明,电气石是地球上现存的唯一带永久性电极的矿物质[3]。

1 研究背景电气石作为新兴发现的工业矿物,其应用是十分广泛的。

它应用的领域有化工、建材、环保、轻工、医药、电子、化妆品等领域。

由于电气石具有独一无二的矿物性质,使得它加工产品具有较高附加值,所以电气石的研究一直以来都是热点。

并且这些年来根据工业、农业、医药类等需求不断扩大了对电气石的开发应用,同时对电气石的产品的工艺研究也更为深入,所以电气石目前的应用前景很广泛。

电气石和水接触后会立即发生反应,会被瞬间负离子化,同时也降低了碱性。

其机理是:电气石负电极的电子一接触到水便瞬间放电,将水电解成 H+和 OH-,H+与电气石发出的负离子结合而被中和,变成 H原子释放出来。

OH- 则和 H2O 分子相结合,产生了碱性负离子或羟基负离子,这两种离子具有活性作用。

一滴水中含有 1.67×1021水分子,一杯水是由数亿个水分子组成的分子团。

自来水含有杂质,并且自来水中的水都是大分子团,由于分子团大,所以水很难被吸收。

水中的电气石利用电压将大的水分子团体分解成小的、已于吸收,并且对身体有利的水,此过程即是使水的活化,皮肤及细胞对这样的小分子水吸收性增强,使皮肤更滋润,身体更健康。

Span60对电气石粉体的表面改性及表征

Span60对电气石粉体的表面改性及表征
改性前后 电气 石粉 体 压 片 , 上 海 中晨 数 字 技术 设 用
备 有限 公 司 生 产 的 J 20 C接 触 角 测 量 仪 测 量 其 C 00
改性 。方法如 下 : 电气石 粉体 中加入 溶 剂 , 超声 处理 2mn后倒 人三 口烧 瓶 中 , 电 力搅 拌 下加 热 至反 0i 在 应温度 , 人改 性剂 S a6 恒 温 搅 拌 一定 时 间 , 加 pn0, 离 心, 干, 烘 得到样 品 。
数、 接触角 、 吸油值等性 能指标 的评价 , 出其最佳反应 条件 为: 得 甲苯作溶剂 ,pn 0用量为电气石质量的 3 , S a6 % 反应 温度 6 % , 0 反应时间 1 O , .h 矿浆 比( 电气石质量与溶 剂质量之 比) 1:0; 为 5 5 并对改性 电气石的结构进行了表征 。
量 ×10 0 %
剂 用量 不足 , 会造 成 电气石 的改 性效 果不理想 ; 改性
剂用量过大 , 会使其产 生团聚现象。在其他条件不
变的情 况 下 ,pn 0的用 量 对改 性效 果 的影 响结 果 S a6 见表 2 试 验 结 果 表 明 , 改 性 剂 S a 6 。 当 p n 0用 量 为
12 1 表面 接触 角 ..
表 面润湿 性 的变 化直 接决定 粉体 在液体介 质 中
的分散 与聚 团行 为 。改性 粉 体 与 水 的接 触 角越 大 , 说 明改 性 效 果 越 好 J 因此 , 过 比较 接 触 角 , 。 通 可
试验所 用 电气 石 粉为河 北灵 寿县 燕新矿 产加 工
( 1 0 2 10 2 59 0 30 6 )
作者简介: 杨雪 (9 6一) 女 , 18 , 应用 化学硕士研 究生 , 从事材料改性等领域 的研究 。

电气石等粉体表面改性的研究进展

电气石等粉体表面改性的研究进展

iognc o es t H go p nte ufc ,hnp t fr r me eerhsbeto r c df aino umai . n ra i p wdr hO ru s r e te usowads sac ujc nsf e wi o hs a o r s u a mo ict for l e i o t n
2 l 年第6 00 期
中国非金属 矿工 业导刊
总第 8 期 6
【 发利用 】 开
杨 雪 ,胡应模 洋 一 ,刘 ,朱建 华
(. 1 中国地质 大学材料科 学与工程 学院,北京 【 摘 1 0 8 ;2 中国地质 大学矿物 材料 国家专业实验 室,北京 0 . 0 3 108 ) 0 0 3
电气石 是一种 独特 的 自发 电极性 矿物 ,具有辐射 远 红外 线 、释 放负 离子 及抗 菌 除臭等 功 能 ,广 泛地 应用 于环保 、电子 、医药 、化工 、轻 工及 建材 等领 域“ q。由于 电气石 独特 的性 质及产 品 的高 附 加值 , 受到世界各 国的普遍重视 ,被誉为2 世纪改善环境 、 l
气石粉 体改性 后在煤 油 中分散 性大大提 高 。
2 2 表 面化 学 法 .
其原理是 利用表 面改性 剂与矿物表面的某些官能 团进行化学反应或化学 吸附 ,以达 到矿物表面改性的
目的 。
聚合 物复合材料 的综合性 能。对 电气石 粉体进行表面
有机 化改性 ,提高 其与有 机基体的相容稳定性 ,对开
【 文献标识码 】A
【 文章编号 】10 — 3 62 1 )6 0 1 - 4 0 7 9 8 (0 00 — 0 8 0
Re e e e o c ntD v l pm e so ur a i wde nt fTo m lnePo rSur a eM o fc to fc di a i n i

电气石的环境功能属性及应用研究动态

电气石的环境功能属性及应用研究动态

收稿日期:2005-08-12作者简介:何登良,男,26岁,硕士,主要从事环境材料研究。

基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)课题(2001AA322070)[开发利用]电气石的环境功能属性及应用研究动态何登良,董发勤(西南科技大学材料学院,四川 绵阳 621010)摘要:电气石具有永久性自发极化效应,由于电气石颗粒周围存在静电场,从而使电气石具有发射远红外线、释放负离子、电磁屏蔽和水处理等优良的环境功能属性。

本文概述了电气石的远红外、释放负离子、电磁屏蔽、水处理等环境功能属性以及当前国内外在这些领域的应用研究动态。

阐述了电气石矿物物化特性与应用之间的关系,并展望电气石的应用前景。

关键词:电气石;环境功能属性;应用中图分类号:P578.953;TD985 文献标识码:A 文章编号:1007-9386(2006)01-0010-05The Environmental Functional Property of T ourmaline and the Trends of ApplicationHe Dengliang, Dong Faqin(Southwest University of Science and Technology, Mianyang, Sichuan, 621010)Abstract: One of the most important properties of tourmaline is its electric property. Tourmalines have spontaneous and perma-nent poles, which form electrostatic fields around tourmaline particles with c axial plane as two poles. So the tourmaline possess some environmental functional property, such as emit far-infrared ray 、release anionic 、electromagnetic interference shielding 、treatment of water etc. Theses environmental functional properties and trends of application is presented in the paper. The author expatiate the connection between properties and application in the last. At same time, prospect the application foreground of tourmaline.Key words: tourmaline; environmental functional property; trends of application电气石(Tourmaline)是电气石族矿物的总称,是以含硼为特征的铝、钠、铁、镁、锂的环状结构硅酸盐矿物,结构式为Na(Mg,Fe,Mn,Li,Al)3Al 6[Si 6O 18][BO 3]3(OH,F)4。

电气石的性质与运用专属性的研究

电气石的性质与运用专属性的研究

电气石的性质与运用专属性的研究摘要: 电气石族矿物化学成分高度多样化, 因其本身具有热电性, 压电性及自发极化性, 不仅可以做为珍贵的宝石, 而且在科学+技术、环保等领域有着广泛的用途和应用前景。

文中主要对电气石的颜色多样性机理, 性质, 运用属性进行了综述, 并指出了存在问题和发展趋势关键词:电气石,性质,专属性,运用电气石是一种结构和化学成分都很复杂的环状硅酸盐矿物, 其一般的化学组成为: XY3Z6Si6O18(BO3)3V式中, X=N a+,Ca2+,K+。

Y=Mg2+,Fe2+,Mn2+,Al3+,Fe3+,Mn4+,Cr4+,Li+,Ti4+.Z=Al3+,Mg2+,Cr3+。

V=O2+,OH-。

W=O2-, OH-, F-. Y位置Z 位置存在广泛的类质同像现象。

很多研究还发现, 存在Si 替代位于四面体位置B 的现象。

电气石为三方晶系, C3v- R3m, 晶体结构为硅氧四面体共角顶相连, 组成复三方环, B的配位数为3, 组成平面三角形, Y和Z都能组成八面体,与[BO3]共氧相连。

X 原子位于环氧四面体的复三方独特的性质使其在环境,卫生医疗保健,电磁屏蔽等领域有着广泛的用途。

1.电气石的性质电气石因其化学成分的变化而有多种颜色, 晶体常呈柱状, 次为纤维状集合体, 有的呈针状或着粒状。

具有玻璃光泽, 硬度为7~ 7. 5, 密度为3. 02~3. 25/ cm3 , 无解理, 具有脆性。

1. 1颜色多样性电气石能呈现多种颜色, 目前关于电气石致色机理主要有以下两种看法。

(1) 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.例如, 富锰的颜色多为红色, 富铁的颜色多为黑色, 富铬的颜色多为褐黄色。

(2) 电子或离子孔势阱( hole t raps)的产生。

K.K rambrock 等用C射线辐射电气石产生黄色中心, 并用EPR,ENDO和O DEP R 对这个黄色中心分析, 发现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) 。

白色电气石粉

白色电气石粉

白色电气石粉白色电气石粉是一种常见的矿石粉末,具有广泛的应用价值。

本文将介绍白色电气石粉的特性、用途以及相关的研究进展。

白色电气石粉是一种具有白色或灰白色外观的微细粉末,主要成分是电气石。

电气石是一种含硅酸盐矿物,化学成分为硅酸铝钾钠,晶体结构属于单斜晶系。

白色电气石粉的颗粒细小,比表面积大,具有良好的吸附性能和化学稳定性。

白色电气石粉具有广泛的应用领域。

首先,它可以作为填料用于涂料、胶粘剂和塑料等材料中,以提高材料的物理性能和机械强度。

其次,白色电气石粉可用于制备陶瓷材料,用于陶瓷的增强和改善材料的导热性能。

此外,白色电气石粉还可用于制备高温耐火材料,用于电磁波吸收材料和催化剂等。

近年来,关于白色电气石粉的研究也取得了一些进展。

例如,有研究报道了白色电气石粉的制备方法和性能调控途径。

通过改变制备工艺和添加适量的助剂,可以调控白色电气石粉的颗粒大小、分布和形貌等特性,从而实现对材料性能的调控。

此外,还有研究通过改变电气石粉的表面性质,如改变表面电荷性质和表面活性基团的引入,来调控材料的吸附性能和催化性能。

尽管白色电气石粉具有广泛的应用前景,但也存在一些问题和挑战。

首先,由于电气石粉的颗粒细小,易产生粉尘,对人体健康和环境造成潜在风险。

因此,在使用和处理白色电气石粉时需要注意安全措施。

其次,白色电气石粉的制备工艺和性能调控方法还需要进一步研究和完善,以满足不同应用领域的需求。

白色电气石粉是一种具有广泛应用价值的矿石粉末。

它具有良好的吸附性能和化学稳定性,可用于涂料、塑料、陶瓷等材料的增强和改善。

近年来,关于白色电气石粉的研究取得了一些进展,但仍存在一些问题和挑战。

未来的研究应进一步完善制备工艺和性能调控方法,以推动白色电气石粉在各个领域的应用。

亚微米级ZnO/电气石粉体表面包覆研究

亚微米级ZnO/电气石粉体表面包覆研究
H MT 河南镊 电气石 ; N T 云南娌 电气石 ;Z - N - Y L- B C 碱武碳 酸锌
经本课题组的研究 ,电气石粉体的 电磁屏蔽效
能较低 , 尚无法达到高品质电磁屏蔽材料的要求 。 这 主要是 由于电气石本身具有较高的电阻率 ,常温下 约为 l。 c OQ・ m。由自发 电极性在晶体两端产生 的电 荷, 无法在晶体表面形成有效的导 电网链 , 不能对电 磁波产生有效的反射、 吸收和传输损耗 , 从而阻碍了
因此 。可采取非均相凝聚法进行包覆实验 , 通 过调整溶液的 H值 ,控制两种微粒表面电位的正 负, 使之相互吸引 , 进行表面包覆。 2 化 学沉淀机 理 这种机 理从结晶学 出发 , . 2 认 为在一定条件下 , 当有异相物质 ( 微米级 电气石粉
电气石在电磁屏蔽领域的进一步开发利用。提高其 电导率 , 将是解决这一问题的关键。
摘 要 采用化学沉淀法, 较好地将电气石粉体与活性 Z O进行表面包覆 , n 其中Z O的平均粒径为7.1 , n 8 衄 达到亚微米毁, 7 复合粉体
的电阻率降低 , 电性能提 高. 导 为进一步拓宽电气石粉体在环境净化领域的应用奠 定了基础。
关键词 电气石 Z O 亚徽米级 表面包覆 n
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第 2 卷第 3 9 期
20 06年 5月
非金属矿
No - ea l i e nM tlc n s iM
V0 .9 No 3 1 . 2 Ma , 0 6 y2 0
张晓晖 吴瑞华 马鸿文
( 中国地质大学( 北京 ) 北京 , to 8) oo 3
电气石作为一种非金属矿物材料 ,具有 自发极
和 7 之间时, . 9 两者表面电荷相反 , 电位相差 5m 6V

Zeta电位分析仪用于研究粉体的表面电性

Zeta电位分析仪用于研究粉体的表面电性

Zeta电位分析仪用于研究粉体的表面电性Zeta电位分析仪可用于测定分散体系颗粒物的固-液界面电性(ζ电位),也可用于测量乳状液液滴的界面电性,也可用于测定等电点、研究界面反应过程的机理。

通过测定粉体的Zeta电位,从pH-Zeta电位关系图上求出等电点,是认识粉体表面电性的重要仪器,在粉体表面处理中也是重要的手段。

粒子表面存在的净电荷,影响粒子界面周围区域的离子分布,导致接近表面抗衡离子(与粒子电荷相反的离子)浓度增加。

于是,每个粒子周围均存在双电层。

当粒子运动时,在此边界内的离子随着粒子运动,但此边界外的离子不随着粒子运动。

在这个边界上存在的电位即称为Zeta电位。

Zeta电位分析仪主要特点如下:可通过搅拌或者流动的形式直接测量Zeta电位,不需要稀释;兼容水相/有机相,有/无颜色,酸/碱性(PH0-14)样品类型;可同时测量PH值,温度,电导率,电荷密度,双电层厚度和声速等参数;在测量过程中,自带样品混合系统或者泵循环系统,不受颗粒沉降的影响;插入式Zeta电位传感器允许在样品池或独立容器中进行测量;自动的电位滴定和容量滴定,用于最(简单)和最(快)的IEP;坚固耐用,操作简单,维护工作量,检测快速;很多微纳米产品都需要表征其稳定性,粒度大小、zeta电位、PH值、温度、产品配方等会影响样品稳定性,而zeta电位是样品稳定性比较直观的一个参数。

随着国内粉体工业的迅速发展,对于颗粒物性参数的理解和应用也就越多。

而Zeta电位测量应用广泛,是表征胶体分散系稳定性的重要指标,以制药为例,其对乳剂、混悬剂及脂质体等配方研究必须测量Zeta电位。

Zeta电位测定仪广泛应用于化妆品、选矿、造纸、医疗卫生、海洋化学等行业,也是化学、化工、医学、建材等专业的重要教学仪器之一。

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Hbwj1 Hbwj2
平均粒径 (μm) 91205
81316
Zeta 电位 ( mv) - 2515 - 2611
测试单位 : 中科院生态中心
Hbwj3 Hbwj4
71421
51226
- 2716 - 3017 测试者 : 孙英华
表 3 热处理后电气石的 Zeta 电位测定
处理条件
测试项目 Zeta 电位 ( mv)
从表中不难看出 , 在氧化条件下热处理的样 品 , 其表面电位略低 ; 经过 750 ℃处理的样品 , 其 表面电位略高 ; 黑电气石粉体的表面电位略低 , 这 是总体的规律 。
由于 Zeta 电位不是粒子界面的电位 , 只是吸 附层外侧的电位 , Zeta 电位的高低一定程度上也反 应出粉体颗粒在水溶液中的表面活性 。在氧化条件 下 , 热处理样品颗粒表面的金属阳离子的相对活性 较低 , 而还原条件下 , 热处理样品颗粒表面的金属 阳离 子 的 相 对 活 性 较 高 。同 样 , 热 处 理 温 度 在 750 ℃时 , 其颗粒表面的金属阳离子的相对活性较 高 , 有利于使分散体系的稳定 。 314 电气石等电点的计算
Keywords : Zeta potential Tourmaline Granularity
1 前 言 粉体表面的荷电性影响颗粒之间的凝聚和分散
特性以及表面改性剂在颗粒表面的吸附作用 。若颗 粒表面带有某种电荷 (如正电荷) , 其表面就会吸 附相反符号的电荷 (即负电荷) , 构成双电层 。众 所周知 , 在滑动面处产生的动电电位称为 Zeta 电 位 , Zeta 电位实际上不是粒子界面的电位 , 只是吸 附层外侧的电位 , Zeta 电位的高低一定程度上也反 应出粉体颗粒的表面活性 。假如颗粒表面上的正电 荷数与固定层吸附的负离子数相符 , Zeta 电位就变
313 热处理后电气石微粒的 Zeta 电位 笔者对黑电气石和镁电气石粉体进行了热处
理 , 分别采用还原条件 、氧化条件 , 缓慢加热到
第 2 期 张晓晖等 : 电气石粉体的表面电性研究 7 5
700 ℃和 750 ℃, 在炉内自然冷却 , 然后在常温和 中性条件下 , 严格地测定了它们的表面电位 ( Zeta 电位) 。表 3 说明了不同热处理条件下 , 样品的 Zeta 电位 。
利用 Yoon2Salman2Donnay 方程 ( YSD) 的 经 验公式 (1994) ( Eqn131411) , 进行相应的计算 : p Hpzc = 2111158 ( 1/εk) - 4219148 ( s/ rM - OH) + 1416866 (表 4) 式中 S/ rM - OH = ∑ [ s/ rM - OH) I ( Ni/ΣN I) ] , s 等 于阳离子电价数 Z/ 配位数 n , rM - OH等于晶格内 M - O 平均键长与冰晶格内 O - H 的距离 1101 ! 之 和 , Ni 为单位晶胞中某一类的键的数目 ; ε为电介 常数 , εk = [ (ε∥C) 2 + (ε⊥C) 2 ]1/ 2 。经过计算 , 得 到镁电气石的等电点为 5138 (表 5) 。
对上述 3 个系列的电气石粉体进行了 Zeta 电 位的测定 。测定时 , 使用去离子水将相应的电气石 样品配制成浓度为 0125g/ L 的悬浊液 , 在常温下 , 使用搅拌器搅拌 2 小时 , 充分摇匀后用注射器缓慢 均匀地抽取 10ml 样品 , 然后以 5ml/ min 的速度均 匀注入 5ml 于测量池内进行测定 。测定所用的仪器 为英国 Malvern 公司生产的 Zeta 电位仪 , 同时使用 英国 Malvern 公司生产的激光粒度分析仪精确测试 样品的平均粒径 。由于 Zeta 电位在测定的过程中 非常敏感 , 一点点的改变 , 包括浓度 、温度 、离子 强度 、p H 值 、粒度等都很容易使 Zeta 电位发生漂 移 。因此 , 在实验过程中 , 我们应该尽量保证严格 地操作 、规范地程序 、精确地计算和测定 , 实验过 程中尽量使各种参数保持一致 。
7 4 中 国 矿 业 第 14 卷
以河北镁电气石 、黑电气石以及河南锂电气石 等为原料 , 进行超细粉碎 , 之后使用沉淀方法制备 相应粒度的电气石粉体系列样品 , 将上述部分样品 进行热处理 , 分别制得 3 个系列的样品组 : ①不同 成分的电气石样品 , 分别为镁电气石 ( Hbwj) 、黑 电气石 ( Hbbz) 、锂电气石 ( Hnli) ; ②不同粒径的 镁 电 气 石 样 品 , 分 别 为 91205μm ( Hbwj1 ) 、 81316μm ( Hbwj2) 、71421μm ( Hbwj3) 、51226μm ( Hbwj4) ; ③不同热处理条件的黑电气石和镁电气 石样品 。 212 实验方法
笔 者 采 用 Zeta Potential Analyzer ( Zetasizer 2000) , 对电气石的表面电位进行测定 。分别采用 未处理的镁电气石 、黑电气石以及锂电气石粉体样 品 , 称 量 50mg , 使 用 去 离 子 水 配 制 成 浓 度 为 0125g/ L 的悬浊液 , 同时对电气石的 Zeta 电位和 电气石粉体的粒径进行测量 , 重点对比了不同粒径 镁电气石粉体的 Zeta 电位 。
第 14 卷第 2005 年 2
2期 月

CHINA
国 矿 业
MINING MAGAZINE
Vol114 , February
No12 2005
电气石粉体的表面电性研究
张晓晖 吴瑞华 董 颖
(中国地质大学·北京 100083)
摘 要 运用激光粒度分析仪和 Zeta 电位仪 , 精确测试了不同成分 、不同粒径以及热处理后微米级 电气石粉体的表面电性特征 。测试表明 : 在中性条件下 , 电气石粉体颗粒在水溶液中带负电荷 ; 相同条 件下 , 锂电气石粉体的 Zeta 电位高于其他类型的电气石 ; 电气石粒径越小 , 表面电位越高 , 相对表面活 性较高 ; 在还原条件下热处理电气石粉体的表面电位高于氧化条件下热处理的样品 ; 经过计算 , 电气石 的等电点在酸性范围内 , 镁电气石的等电点为 5138 。
3 实验结果 311 样品的粒度测定
粉体样品的粒径与热处理温度 、化学成分 、均 相等因素有关 , 笔者通过激光粒度分析仪对实验样 品进行了精确测定 , 结果表明 : 本实验所制备的样 品体积平均粒径均在微米级的范围 , 样品 Hbbz 、 Hbwj、 Hnli 的 粒 径 分 别 为 21836 、 51226 、 21085μm (图 1) 。 312 未处理微米级电气石粉体的 Zeta 电位研究
结果显示 (表 1) , 在中性条件下 , 电气石粉 体颗粒在水溶液中带负电荷 , 其中锂电气石的 Zeta 电位相对最高 。电气石的粒径可以导致其表面状态 发生变化 , 相应地 , 表面电位发生变化 , 大体呈现 粒度越细 , Zeta 电位的绝对值越大的趋势 (表 2) , 但不改变表面电性的正负 。
矿物表面电位为零时溶液的 p H 值 , 称为矿物 的等电点 (p Hpzc) 。等电点是矿物表面所荷正负电 荷的分界点 , 对于表面带负电荷的矿物 , 当水溶液 中的 p H 值 > p Hpzc , 矿物表面带负电 ; 当 p H < p Hpzc时 , 表面带正电 。矿物表面电位是一个与 p H 值相关的函数 , 受到溶液 p H 值的影响 。随着溶液 的 p H 值增加 , 矿物表面荷正电区域减小 , 荷负电 区域相应增加 。由此可以判定 : 电气石的等电点处
表 1 不同类型电气石粉体的 Zeta 电位测定
样品编号
Hbwj
平均粒径 (μm)
51226
Zeta 电位 ( mv)
- 3017
测试单位 : 中科院生态中心
Hbbz
Hnli
21836
21085- 2411- 312测试者 : 孙英华
表 2 不同粒径电气石粉体的 Zeta 电位测定
样品编号
( Hbwj)
氧化条件 700 ℃ 750 ℃
- 2113 - 2217
还原条件 700 ℃ 750 ℃
- 2517 - 2519
Zeta 电位 ( mv) ( Hbbz)
- 1916 - 2118
测试单位 : 中科院生态中心
- 2413 - 2516 测试者 : 孙英华
图 1 三种电气石粉体的粒径分布
关键词 Zeta 电位 电气石 粒径 中图分类号 TD878 + 15 文献标识码 B 文章编号 1004 - 4051 (2005) 02 - 0073 - 04
RESEARCH ON SURFACE EL ECTRICITY PROPERTY OF TOURMAL INE POWD ER
于酸性范围 。
从 p H —Zeta potential 关系图上或者通过相应 的计算可以求出等电点 , 是认识粉体表面电性的重 要方法 , 也是粉体表面处理中的重要手段 。当然 , 影响 Zeta 电位的因素很多 , 如粉体的化学成分 、 p H 值 、表面缺陷 、溶剂 、粒度分布等等 。笔者对 微米级镁电气石的等电点进行了计算研究 。
Zhang Xiaohui Wu Ruihua Dong Ying ( The Chinese university of geosciences·Beijing 100083)
Abstract : The surface electricity property of micrometer tourmaline powder , divided into t hree groups in terms of different component , size and heat2treated temperature , is tested accurately by means of Laser Size Analyzer and Zeta Potential Analyzer. The testing result show t hat t he tourmaline powder particle in water is electronegative under neutral condition ; t hat t he Elbaite powder has higher zeta potential t han ot her species of t he tourmaline ; t hat t he tourmaline size is smaller , its surface potential is higher , and its surface activity is stronger correspondingly; t hat t he tourmaline powder heat - treated under deoxidization condition has higher surface potential t han t hat heat - treated under oxidation condition ; and t hat t he is o electricpoint of tourmaline is in t he range of acidity , and t he isoelectric point spot of dravite is 5. 38.
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