電氣石是一類以含硼為主要特征的，由鈉、鎂、鐵、鋁、鋰等元素組成的環(huán)狀結構的硅酸鹽晶體礦物。電氣石特殊的晶體結構和復雜的礦物成分，使得電氣石具有異于其他非金屬礦物的自發(fā)極化特性。電氣石所發(fā)射遠紅外線波長范圍是4～18μm，基本覆蓋了人體吸收遠紅外線的最佳波長范圍（2.5～4μm、5.6～10μm），對人體有良好的醫(yī)療保健作用。
隨著對電氣石的研究進一步深入，發(fā)現通過減小電氣石顆粒粒徑可以進一步增強其自發(fā)極化性、熱電性、遠紅外輻射等性能。為此，河北工業(yè)大學梁金生等在已有電氣石礦物材料的研究基礎上，分別運用化學法和物理法成功獲得了納米級電氣石顆粒，并測試了顆粒的遠紅外發(fā)射等性能。研究發(fā)現，制備的粒徑均勻的電氣石納米顆粒呈現勻稱的條紋排列，表明電氣石納米顆粒的表面電位分布更加規(guī)則。
因此，將電氣石以納米粒度均勻分散，有利于其提供規(guī)則的電場等效應，拓寬了它的高附加值應用，使具有特殊性能的電氣石納米顆粒能在低溫脫硝催化、水體凈化、易潔抗菌功能陶瓷、微環(huán)境調控等領域發(fā)揮更有效的作用。
1、電氣石在低溫脫硝催化領域中的應用
將納米電氣石與催化劑復合，利用納米電氣石增強的自發(fā)極化和遠紅外線輻射特性提高催化劑的催化效率。目前，納米電氣石在催化燃燒節(jié)能、催化去除汽車煙氣尾氣中甲烷等有害氣體方面已取得了顯著成果。
孫劍鋒課題組在前期研究工作的基礎上，選擇Ce、Fe、Mn、Ti、Si、Ni等元素的鹽類作為主要原料，制備了一系列基于低溫選擇性催化還原技術（SCR）的脫硝催化材料，其中FeMnTiOx復合氧化物/電氣石催化材料在150℃時的NO轉化率可達到80%，250℃以上的催化效率高于90%。加入電氣石后，催化材料的總體脫硝效率提升約20%，操作溫度范圍提升50℃。
采用氧化物與適量電氣石礦物制備的復合物催化材料不僅可以顯著提升催化劑的低溫脫硝活性，還能夠提升催化劑的抗二氧化硫中毒性能，由此展示了電氣石復合催化材料在低溫SCR催化領域的應用潛力。
2、電氣石在水體凈化領域中的應用
電氣石在水體凈化領域具有廣闊的應用前景。首先將電氣石置于含重金屬離子的污水中，在自發(fā)極化效應和表面吸附效應的協同作用下，電氣石晶體表面的靜電場可將重金屬離子吸附到晶體負極，使得局部重金屬離子的濃度升高，重金屬離子與電氣石表面羥基電離產生的OH－反應生成沉淀，使水體得到凈化，其凈化效率可達99%；其次當溶液中各離子濃度達到平衡時，反應不再進行，而且有益的堿金屬離子如K+、Na+等不會產生沉淀；最后，通過攪拌很容易使形成的沉淀脫離電氣石表面，電氣石可以重復使用。
韋仲華等研究了電氣石竹炭陶瓷復合材料對水溶液中Cr6+的吸附去除行為，發(fā)現Cr6+因電場作用首先被吸附到電氣石負極，使電氣石負極周圍Cr6+濃度增加，進而與OH－反應生成Cr（OH）6沉淀。進一步試驗發(fā)現，將500mg平均孔徑為400～500nm的電氣石竹炭陶瓷復合材料攪拌24h后，其對Cr6+的去除率已達67%。
利用電氣石的自發(fā)極化效應還可以電解水分子，調節(jié)水體的pH值趨于中性。電氣石也可降低水體的氧化還原電位，改良水體水質。電氣石表面質子化作用和離子交換作用使水體中富余的OH－與水分子結合形成具有良好界面活性的負羥基離子H3O2－，它能夠在水體中形成一層具有抗氧化性質的單分子層，對人體健康的影響有積極意義。
3、電氣石在易潔抗菌功能陶瓷領域中的應用
粘附污垢的日用陶瓷制品不但影響美觀，而且很容易成為細菌滋生和繁殖的溫床。開發(fā)具有易潔抗菌特性的生物健康功能陶瓷不僅可以減少對人體有害的洗滌劑的使用，還能節(jié)約用水，在節(jié)能環(huán)保方面有著重要意義。
孫劍鋒課題組在陶瓷釉中添加電氣石成分，通過調整釉料的配比，制備出具有抗菌性能的極親水易潔陶瓷。與普通陶瓷相比，該種陶瓷釉層中氣泡數量較少且大多分布在釉層與坯體的中間過渡層上，而且陶瓷釉層較致密，表面粗糙度較低，污垢較難粘附在陶瓷表面，有利于水在陶瓷釉表面上的鋪展，提高了易潔陶瓷的抗污性能。另一方面，添加電氣石成分的陶瓷釉具有較高的遠紅外輻射率，不僅能夠減小水分子的締合度，降低水的表面張力作用，而且遠紅外輻射可以加劇污垢中油酸分子的特征官能團振動。上述兩種作用有效降低了油/水界面張力，陶瓷釉面的易潔性也隨之提高。此外，孫劍鋒課題組研究發(fā)現，在陶瓷釉中添加電氣石后，對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等細菌都具有良好的抗菌效果，細菌殺抑率達到了96%以上。
4、電氣石在微環(huán)境調控領域中的應用
人居環(huán)境中的香煙、油煙，裝飾材料產生的甲醛、苯、氨等多種化學污染物質隨著空氣中漂浮的灰塵會形成正離子，這種正離子一旦攝入人體就會減弱細胞活性，降低細胞吸收營養(yǎng)并減緩代謝，從而增加了人體產生各種疾病的風險，甚至可能致癌。用電氣石研制的微環(huán)境調控材料不需要任何輔助能量即可自發(fā)產生羥基負離子，該負離子具有降塵、滅菌和生物保健的功能，它可以與空氣中的污染物正離子有效復合，促使污染物聚沉，降低空氣中有害物質的含量，起到凈化和調控微環(huán)境的作用。
杜冰等利用靜電紡絲法在海藻酸鈉與聚乙烯醇的體積比為4:6、電氣石添加量為3g/100mL條件下制備了電氣石/海藻酸鈉/聚乙烯醇負離子功能型復合纖維，該復合纖維在空氣中的負離子釋放量可達2345個/cm3，且隨著空氣中溫度與濕度的變化，可持續(xù)釋放負離子。
此外，范學珊等采用電氣石微環(huán)境調控材料制備了禽畜飲用水活化床，利用電氣石釋放羥基負離子的特性抑制水中微生物的繁殖，有效改善了禽畜飲用水水質和養(yǎng)殖微環(huán)境，明顯降低了禽畜的病死率；同時將電氣石微環(huán)境調控材料作為養(yǎng)殖設施用建筑材料，成功實現了飼養(yǎng)場所的空氣清新和凈化。
隨著目前對電氣石認識的不斷深化，電氣石礦物的加工將向超純、超細、改性和復合方面發(fā)展。在技術設備開發(fā)方面，需要大力研發(fā)微細粒提純、綜合力場選礦技術和選礦設備，生產出高純度電氣石礦物材料。在現有超細粉碎和研磨設備基礎上配套開發(fā)分級粒度細、精度高的精細分級設備，生產出粒度分布能滿足現代電氣石礦物生態(tài)環(huán)境功能材料產業(yè)要求的超微細粉體。對電氣石粉體進行非極性修飾和復合，在解決其凝聚、分散和非極性物質相容性問題的基礎上，進一步拓寬電氣石的高附加值應用范圍。
現階段我國電氣石礦物生態(tài)環(huán)境功能材料產業(yè)仍然面臨著優(yōu)良資源開發(fā)產品檔次不高、低水平開發(fā)利用情況嚴重等問題，嚴重制約了優(yōu)質電氣石礦物資源的高效利用。在現今電氣石礦物生態(tài)環(huán)境功能材料產業(yè)的發(fā)展過程中，急需協同開發(fā)、產學研相互配合，大力推進針對電氣石礦物資源的深層次研究應用。
資料來源：《孫劍鋒,張紅,梁金生,等.生態(tài)環(huán)境功能材料領域的研究進展及學科發(fā)展展望[J].材料導報,2021,35(13):13075-13084》，由【粉體技術網】編輯整理，轉載請注明出處！
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