CN108178278A - 采用电气石粉合成的除氨包覆型压电材料及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种采用电气石粉合成的除氨包覆型压电材料及其制作方法，该材料外覆压电性壳层的物质为电气石粉和粘土，质量比为电气石粉：粘土＝(3‑5):1，内核为粘土；制作步骤如下：取电气石粉和粘土原材料，提纯并去除大块杂质，以质量比(3‑5):1量取提纯并去除大块杂质后的电气石粉和粘土原材料，之后将原材料加入烧杯，加去离子水，搅拌混匀，备用；向粘土中缓慢加入去离子水，塑成直径为2‑3mm的球型粘土内芯，迅速将外覆压电性壳层材料包覆在粘土内芯表面，厚度1‑2mm，立即使用直径0.5mm的针将球体自中心贯穿，将制好的球体自然风干1‑2h，脱水成型，将成型的球体置于锡箔中，上部开口，送入马弗炉在560℃下烧结4h，得到成品CPM；合成所得CPM可实现零能耗除氨且不产生二次污染。
Description
技术领域
本发明涉及材料开发技术领域，具体涉及一种采用电气石粉合成 的除氨包覆型压电材料(CPM，Coated Piezoelectric Material)及其制 作方法。
背景技术
电气石是一种环状结构的含硼硅酸盐矿物，属三方晶系，具有热 电性和压电性。电气石晶体周围的温度与压力变化时，其中的带电粒 子发生相对位移，正负电荷中心分离，导致极化电荷产生，使电气石 晶体的周围存在以c轴轴面为两极的静电场。当电气石晶粒极小，甚 至磨制成微米级直径的粉末时，电气石微粒之间的作用相当于一个电 偶极子，在c轴方向存在最大的电场强度，能在其表面形成最高达 107V/m的场强。电气石微粒的自发极化效应使其具备氧化能力，可 以在一定条件下得以高效触发，氧化水体中的氨氮从而达到去除氨氮 污染的目的。因此，电气石粉可作为制作压电材料的重要原料，在除 氨领域上有极大的研究潜力。
目前常用的除氨方法可主要划分为物理法、化学法和生物法等。 但物理法未能从根本上除氨还需后期处理，化学法成本高、操作条件 难以控制，生物法处理周期较长且易受环境因素如pH值、溶解氧浓 度、温度等条件限制。压电材料具有制作简单、成本低、换能效率高 等优点，并以其强氧化性在氨的氧化去除上显示出较大的优势，采用 电气石粉制作的CPM可以在无能耗的情况下使环境介质中的氨得到 有效去除，且不会产生二次污染，综合成本低，而目前这方面的研究 较少。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种 采用电气石粉合成的除氨包覆型压电材料及其制作方法，使用电气石 粉为主要原料，利用外覆压电层的方式，通过烧杯和马弗炉制作除氨 CPM。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种采用电气石粉合成的除氨包覆型压电材料，包括外覆压电性 壳层和内核，所述外覆压电性壳层的物质为电气石粉和粘土，质量比 为电气石粉：粘土＝3:1，内核为粘土。
一种采用电气石粉合成除氨包覆型压电材料的方法，使用电气石 粉为主要原料，利用外覆压电性壳层的方式，利用烧杯和马弗炉制作 除氨包覆型压电材料，具体包括如下步骤：
步骤1：外覆压电性壳层材料的制备步骤如下：
步骤1.1：取电气石粉和粘土原材料，提纯并去除大块杂质；
步骤1.2：以质量比(3-5):1量取提纯并去除大块杂质后的电气 石粉和粘土原材料；
步骤1.3：将原材料加入烧杯，加去离子水，搅拌混匀，备用。
步骤2：除氨包覆型压电材料的制作具体包括如下步骤：
步骤2.1：向粘土中缓慢加入去离子水，塑成直径为2-3mm的球 型粘土内芯；
步骤2.2：迅速将外覆压电性壳层材料包覆在粘土内芯表面，包 覆厚度为1-2mm，形成球体；
步骤2.3：立即使用直径0.5mm的针将球体自中心贯穿；
步骤2.4：将制好的球体自然风干1-2h，脱水成型；
步骤2.5：将成型的球体置于锡箔中，上部开口，送入马弗炉在 560℃下烧结4h，得到成品除氨包覆型压电材料。
本发明和现有技术相比，具有如下优点：
(1)比起均匀混合型材料，除氨包覆型压电材料CPM的外覆型 结构不仅可以有效节约材料，降低制作成本，且参加反应的电气石粉 集中在包覆层可增大反应面积，使其被高效利用；
(2)除氨包覆型压电材料CPM与被污染介质接触即可直接生 效，无需能量消耗，且在大气压下就对污染物有较好的去除效果；
(3)除氨包覆型压电材料CPM制作简易且成本低，且不会产生 二次污染。
附图说明
图1为成品CPM材料表面结构。
图2为除氨包覆型压电材料对人工合成的氨污染水进行污染物 去除效果图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例
本实施例一种采用电气石粉合成除氨包覆型压电材料的方法，具 体包括如下步骤：
步骤1：外覆压电性壳层材料的制备步骤如下：
步骤1.1：取电气石粉和粘土原材料，提纯并去除大块杂质；
步骤1.2：以质量比3:1量取提纯并去除大块杂质后的电气石粉 和粘土原材料；
步骤1.3：将原材料加入烧杯，加去离子水，搅拌混匀，形成外 覆压电性壳层材料，备用。
步骤2：除氨包覆型压电材料CPM的制作具体包括如下步骤：
步骤2.1：向粘土中缓慢加入去离子水，塑成直径为2-3mm的球 型粘土内芯；
步骤2.2：迅速将外覆压电性壳层材料包覆在粘土内芯表面，包 覆厚度为1-2mm，形成球体；
步骤2.3：立即使用直径0.5mm的针将球体自中心贯穿；
步骤2.4：将制好的球体自然风干1-2h，脱水成型；
步骤2.5：将成型的球体置于锡箔中，上部开口，送入马弗炉在 560℃下烧结4h，得到成品的除氨包覆型压电材料CPM，如图1所 示。
结合实施例说明本发明的除氨效果。
将6.0g成型的CPM材料缓慢放入含50mL人工合成的氨污染 水(10mg/L NH4 +-N)的50mL锥形瓶中(如图2所示)，静置，可 见CPM材料表面迅速产生大量气泡。反应2h后，取样过0.22μm滤 膜，通过紫外光分光光度法测得氨氮浓度从10.0mg/L降到7.3mg/L， 去除率达到27％。
Claims (2)
1.一种采用电气石粉合成的除氨包覆型压电材料，其特征在于，包括外覆压电性壳层和内核，所述外覆压电性壳层的物质为电气石粉和粘土，质量比为电气石粉：粘土＝(3-5):1，内核为粘土。
2.一种采用电气石粉合成除氨包覆型压电材料的方法，其特征在于，使用电气石粉为主要原料，利用外覆压电性壳层的方式，利用烧杯和马弗炉制作除氨包覆型压电材料，具体包括如下步骤：
步骤1：外覆压电性壳层材料的制备步骤如下：
步骤1.1：取电气石粉和粘土原材料，提纯并去除大块杂质；
步骤1.2：以质量比(3-5):1量取提纯并去除大块杂质后的电气石粉和粘土原材料；
步骤1.3：将原材料加入烧杯，加去离子水，搅拌混匀，形成外覆压电性壳层材料，备用。
步骤2：除氨包覆型压电材料的制作具体包括如下步骤：
步骤2.1：向粘土中缓慢加入去离子水，塑成直径为2-3mm的球型粘土内芯；
步骤2.2：迅速将外覆压电性壳层材料包覆在粘土内芯表面，包覆厚度为1-2mm，形成球体；
步骤2.3：立即使用直径0.5mm的针将球体自中心贯穿；
步骤2.4：将制好的球体自然风干1-2h，脱水成型；
步骤2.5：将成型的球体置于锡箔中，上部开口，送入马弗炉在560℃下烧结4h，得到成品的除氨包覆型压电材料。
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| JP2002224678A (ja) * | 2001-01-31 | 2002-08-13 | Mta:Kk | 水質改善剤及びその製造方法並びに該水質改善剤により処理された処理水 |
| CN201276433Y (zh) * | 2008-09-28 | 2009-07-22 | 南京师范大学 | 一种应用于水处理的纳米负离子材料催化装置 |
| CN107511130A (zh) * | 2017-07-05 | 2017-12-26 | 华南农业大学 | 一种沸石负载纳米电气石材料及其制备方法和应用 |
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