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电气石电磁学性质及其微粒对TiO_2光催化活性影响研究

孟琳  
【摘要】: 本文在广泛收集并总结前人资料的基础上,对电气石的矿物学性质、电磁学性质等作了系统研究,重点研究了电气石微粒的特殊性质,将TiO2包覆在微米级电气石表面,电气石可提高TiO2的光催化性能。 电气石是一种宝贵的非金属矿物材料,由于其晶体具有极性结构使其产生了其它矿物材料所没有的特殊性质。我国的电气石资源比较丰富,除少部分作为宝石材料及科研设备部件外,还有大量电气石(尤其是黑电气石)没有得到开发和利用。电气石具发射远红外线、释放负离子、吸附金属阳离子等特性,尤其是可循环利用性,使其越来越受到科学研究人士的重视。国内外已开始把它作为一种功能材料,应用到环境、健康等领域中。 本文的主要研究对象是河北镁电气石,另外还对新疆铁电气石和云南锂电气石进行了对比研究,三种电气石均产于伟晶岩。对于这些样品,本文做了X射线粉晶衍射分析基础测试和X射线荧光光谱化学成分分析测试,并结合红外光谱谱图确定了研究对象种属。 在电气石电磁学性质研究中,本文使用PPMS测量系统,在温度最低降至2K的条件下对不同种属的电气石晶体进行了超导性质测试,证实了在此条件下电气石的超导性质不明显。使用振动样品磁强计分别对铁电气石和锂电气石不同晶体方向进行磁强度测试,测试结果证明电气石为弱磁性矿物,其剩磁和矫顽力均较小,其中铁电气石为顺磁性,锂电气石为反铁磁性。铁电气石平行晶轴方向饱和磁化强度为0.1741 emu/g,垂直晶轴方向为0.2075 emu/g,由此可知,铁电气石垂直晶轴方向饱和磁化强度大于平行晶轴方向。 电气石晶体破碎后,电极性会增强,所以对电气石进行超细粉碎将有利于进一步拓宽其应用范围。本文采用球磨法和气流粉碎法相结合对电气石晶体进行超细粉碎,得到的超细粉体经粒度测试达到微米级,在扫描电镜观察下,微粒表面光滑、棱角分明,有利于进行包覆反应。使用溶胶—凝胶法将TiO_2包覆在微米级电气石表面,经光催化降解甲基橙退色率测试,将、甲基橙光催化降解率提高了15%;使用离心法及冷凝法提取出电气石/ TiO_2复合粉体,分别将电气石粉、TiO_2粉及电气石/ TiO_2复合粉体混入土壤,进行大麦生长实验,进一步证实电气石可提高TiO_2的光催化活性。 本项研究是“环境材料电气石微粒覆膜强化机理研究”的一部分,受教育部博导基金资助。


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