電氣石是一類(lèi)環(huán)狀硅酸鹽礦物，除硼元素外，一般還含有鈉、鎂、鐵、鋰、鋁等元素。相對于寶石，電氣石作為保健和環(huán)保礦物功能材料更受人歡迎，被譽(yù)為“環(huán)境警察”、“空氣維生素”、“大氣長(cháng)壽素”。
我國電氣石資源豐富，成礦類(lèi)型齊全，分布范圍廣泛。全國除上海、天津、重慶、寧夏、江蘇、海南及香港、澳門(mén)、臺灣等省市外，其余二十五個(gè)省市均發(fā)現有電氣石礦物的產(chǎn)出，其中內蒙、新疆、云南、廣西、山東和遼寧等地為主要產(chǎn)地，開(kāi)采的電氣石礦產(chǎn)品質(zhì)優(yōu)良。
1、電氣石的環(huán)境功能屬性
?。?）熱釋電效應
熱釋電效應最早是在電氣石晶體中發(fā)現的。1717年，證明了電氣石的熱釋電效應。熱釋電效應是指晶體在加熱或冷卻的條件下，由于自發(fā)極化的相應變化而使晶體表面產(chǎn)生靜電荷。
電氣石的熱釋電系數與溫度有關(guān)，當溫度升高時(shí)，熱釋電系數也隨之增加。另外，電氣石晶體內的鐵元素對晶體的熱釋電效應具有負作用，例如黑色電氣石（富含Fe）則幾乎檢測不到熱釋電效應。
?。?）壓電效應
對電氣石施加沿極軸方向的壓力會(huì )在晶體內部形成偶極矩，從而產(chǎn)生電壓；或者在極軸方向兩端施加電壓，會(huì )在該方向上產(chǎn)生一定的壓力。壓力大小與電壓高低成正比。
?。?）自發(fā)極化效應
電氣石是地球上唯一帶有永久電極的晶體，是大自然奉獻給人類(lèi)的天然電池。電氣石晶體的自發(fā)極化效應表現為晶體周?chē)嬖谥?zhù)以ｃ軸軸面為兩極的靜電場(chǎng)，具有永久帶電和永久保持著(zhù)正極和負極的特征。
?。?）紅外輻射特性
內部分子偶極矩的變化會(huì )把分子激發(fā)到高能級，當它向下躍遷時(shí)，多余的能量便會(huì )以紅外輻射的形式釋放出來(lái)。因此環(huán)境溫度與壓力的變化是電氣石向外界輻射電磁波的動(dòng)力，這一過(guò)程實(shí)質(zhì)上是電氣石與環(huán)境之間的一種能量交換。電氣石發(fā)射的遠紅外線(xiàn)波長(cháng)在4～14µm，恰與人體發(fā)射出來(lái)的熱能波長(cháng)相匹配，因此能夠促進(jìn)人體健康。同時(shí)這種遠紅外線(xiàn)也能夠活化水，提高TiO2光催化活性。
?。?）釋放負離子特性
電氣石晶體的永久性電極使其具有釋放空氣負離子的特性。電氣石晶體在釋放空氣負離子的過(guò)程中不耗能，不產(chǎn)生臭氧或活性氧分子，具有殺菌、除臭、調節人體生理平衡、活化人體細胞等作用，綠色環(huán)保。研究表明，通過(guò)對電氣石晶體進(jìn)行深加工或與一些高活性氧化物結合可使晶體釋放空氣負離子的濃度增加。
?。?）表面活性與吸附性能
當外界環(huán)境溫度或壓力發(fā)生變化時(shí)，電氣石晶體的自發(fā)極化效應使其周?chē)乃肿与娊馍伤狭u基離子H3O2-，H3O2-使晶體表面具有活性、還原性、吸附性等特性。
利用電氣石晶體的表面活性和吸附性能，可吸附和降解一些重金屬離子（Cu2+、Zn2+、Pb2+、Cr6+等）、農藥、有機染料（甲基橙、亞甲基藍、剛果紅、茜素紅等）、有機化合物（多氯聯(lián)苯、脂肪類(lèi)等），具有絡(luò )合、氧化、分解污染物的能力，可起到凈化水源、改善生活環(huán)境的功能。
2、電氣石水處理材料
電氣石晶體的自發(fā)極化效應使其能在表面厚度約幾十微米范圍內產(chǎn)生104-107V/m的靜電場(chǎng)。在靜電場(chǎng)的作用下，水分子發(fā)生電解生成活性分子H3O+，H3O+極強的界面活性使電氣石晶體具有凈化水源、改善水體自然環(huán)境的功能。
?。?）吸附金屬離子
電氣石可以通過(guò)靜電將金屬離子吸引到負極周?chē)?，使區域內金屬離子濃度增大，與溶液中的OH-結合，形成各種沉淀或者堿式鹽而析出。
當其在被加工成超細粉體時(shí)，內部結構中大量陽(yáng)離子沿晶體結構不同方向露出電氣石表面，在電氣石溶于水后脫離晶體表面，使得礦物失去大量陽(yáng)離子而呈負電，從而可以吸引更多的離子；沒(méi)有溶于水中的金屬離子還可以與溶液中的金屬離子進(jìn)行離子交換，有助于電氣石對溶液中金屬離子的吸附。電氣石結構中含有的大量羥基可以與溶液中的金屬離子發(fā)生絡(luò )合反應，在電氣石表面形成絡(luò )合物，達到吸附目的。
電氣石對重金屬的吸附已經(jīng)成為國內外的研究熱點(diǎn)，包括Pb、Cd、Cu、Zn、Mn、Cr、As等重金屬，另外還有對F等非金屬離子的研究，領(lǐng)域非常廣泛。
?。?）吸附降解有機物
電氣石有著(zhù)極強的電場(chǎng)效應，使水中的OH-增多，OH-與水分子結合能夠產(chǎn)生表面活性很強的OH-(H2O)n(n=8～10)，OH-聚集到電氣石的正極容易產(chǎn)生O2，使水溶液中的活性氧增多，其氧化還原作用增加了有機染料的降解能力。另外，由于電氣石表面連接著(zhù)很多羥基，可以對有機分子進(jìn)行吸附，導致有機廢水中的污染物濃度降低。
?。?）凈化水中界面
電氣石顆粒周?chē)嬖陟o電場(chǎng)，在與水接觸瞬間可將水電解，產(chǎn)生H3O2-，并使水呈弱堿性。當水管壁金屬M與堿性水接觸時(shí)，形成M(OH)n化合物，管壁金屬被鈍化，且由于水中弱堿性環(huán)境，這種鈍化狀態(tài)得以保持，從而防止管道生銹、結垢。用電氣石凈化水中界面較傳統做法成本低且無(wú)污染產(chǎn)生，可廣泛用于自來(lái)水廠(chǎng)、樓頂水箱、輸水管道等各種輸水、存水裝置。
?。?）水活化
用電氣石經(jīng)燒結制成陶瓷來(lái)處理飲用水，由于其發(fā)射遠紅外線(xiàn)與水中氫鍵共振，可將大分子團的氫鍵切斷，經(jīng)核磁共振檢測，水分子團變小至6~8個(gè)水分子。水的分子團越小，水能量越高，其滲透力、溶解力、代謝力就越強，即水分子被活化。
此外，電氣石在水中可以釋放出Na、Mg、Fe、Mn、Li、Al、Si、B、O、H、F等11種礦物質(zhì)和微量元素，按照電氣石天然有益的礦物質(zhì)可在水中微溶解原理，水分子能夠得到礦化。
?。?）中和水中的酸堿
電氣石具有電極性和吸附性，在與酸性溶液和堿性溶液作用時(shí)，會(huì )改變溶液的pH值，可用電氣石治理污水，酸雨和土壤酸化等。
目前，我國大部分自來(lái)水廠(chǎng)在凈化水質(zhì)時(shí)均采用傳統的氯消毒處理工藝，但是在消毒過(guò)程中容易產(chǎn)生副產(chǎn)物，對人體健康產(chǎn)生嚴重的危害。而電氣石在與水作用時(shí)，其電極反應可以形成負羥離子，有利于降低自來(lái)水的氧化還原電位，能夠很好的解決自來(lái)水中的余氯消除問(wèn)題。
?。?）養殖水處理
電氣石能夠吸附水中雜質(zhì)，避免化學(xué)物質(zhì)對養殖環(huán)境的污染。目前，通過(guò)對電氣石改型加工合成無(wú)機納米抗菌材料或與凈水微生物配合使用，應用到水產(chǎn)養殖中，可催化凈水、抑菌、抑藻的作用。納米電氣石與納米銀系抗菌材料配合使用，生產(chǎn)的非藥物抗菌涂料，作為養魚(yú)容器、水管內壁的涂料有明顯抗菌、抑菌、除臭、除及的功能。
3、電氣石空氣污染處理材料
電氣石晶體的自發(fā)極化效應，使晶體周?chē)乃肿与娊馍煽諝庳撾x子，空氣負離子具有表面活性、還原性及吸附性。同時(shí)，當晶體內部分子做熱運動(dòng)時(shí)，相應的偶極矩發(fā)生變化，因而電氣石具有在常溫下能輻射波長(cháng)在4-14μm、輻射率大于0.9的遠紅外線(xiàn)的性能，有助于凈化空氣、改善環(huán)境質(zhì)量等。
如電氣石對粉塵的吸附和有害氣體的吸附降解，無(wú)源負離子發(fā)生裝置以及負離子涂料添加劑的開(kāi)發(fā)，達到了凈化、消除有害氣體的目的，它產(chǎn)生的羥基離子能祛除寵物、油煙、空調等散發(fā)的各種異味，保持空氣新鮮。
4、電氣石光催化材料
電氣石的表面電性可以將光能價(jià)帶上的電子e-激發(fā)躍遷到導帶上，使價(jià)帶上產(chǎn)生相應的空穴h+，將電氣石與TiO2聯(lián)合制備復合材料，可以提高TiO2光吸收效率，促進(jìn)TiO2光催化，從而達到高效降解的目的。
5、電氣石醫療與保健材料
電氣石晶體釋放空氣負離子、輻射遠紅外線(xiàn)等特性使其在醫療和保健方面的應用也較為廣泛。
將電氣石用于紡織品，其發(fā)射遠紅外線(xiàn)與釋放負離子兩種功能協(xié)同作用，比單一功能更能激發(fā)人體細胞的活性，促進(jìn)人體血液循環(huán)及新陳代謝，是理想的保健功能材料，可制成保健內衣、健康寢具等產(chǎn)品。電氣石應用于紡織品的關(guān)鍵技術(shù)在于電氣石超細粉的制備與表面改性。含電氣石的紡織品還可制成窗簾、沙發(fā)套等軟裝演材料，其釋放的負離子可發(fā)揮環(huán)保功能。
6、電氣石功能陶瓷
將電氣石添加到傳統的陶瓷體中，會(huì )使陶瓷的功能得到增強。如在電氣石的釋放負離子和輻射遠紅外線(xiàn)兩種性能的作用下，制成含有電氣石顆粒的無(wú)磷遠紅外陶瓷洗衣球來(lái)代替各種洗衣粉和洗滌劑，利用界面活化原理來(lái)去除衣物上的污垢。
7、電氣石功能涂料
電氣石因具有永久電極，可持續釋放負離子，將電氣石用于外墻涂料可防止酸雨對建筑物的損害；用于室內裝飾材料，可凈化室內空氣；其與有機硅烷樹(shù)脂配合成的涂料，用在中高檔汽車(chē)上，既可提高汽車(chē)外皮的耐酸性和耐溶劑性，還可以代替打蠟。在遠洋船只的船身涂料中摻入電氣石粉能夠吸附離子，通過(guò)對水的電解形成單分子膜，阻止海洋生物附在船體上生長(cháng)，從而避免有害涂料對海洋環(huán)境的破壞，同時(shí)增強了船體抗腐蝕能力。
8、電氣石電磁屏蔽
由于電氣石能夠永久產(chǎn)生靜電場(chǎng)，因此它的特點(diǎn)是永遠不停地吸收宇宙射線(xiàn)、射線(xiàn)、電磁波、紫外線(xiàn)等并能自身轉換成遠紅外線(xiàn)重新向外輻射。因此，電氣石保健產(chǎn)品可廣泛用于汽車(chē)駕駛室、電腦操作室、電弧操作車(chē)間、變電所等以及游戲機、電視機、微波爐、電熱毯、電話(huà)、手機等多種電磁污染場(chǎng)所環(huán)境，減少電磁污染對人體的輻射。另外，由于其電磁屏蔽作用，在國防工業(yè)有很重大的用途。
9、電氣石農作物生長(cháng)促進(jìn)材料
農作物的增產(chǎn)來(lái)自于化肥的作用，但是大量長(cháng)期地施用化肥會(huì )導致土壤板結、地力下降，農業(yè)生態(tài)系統惡化。含有電氣石材料的化肥、促生長(cháng)劑、土質(zhì)和水質(zhì)改良劑將是尋求農業(yè)生態(tài)系統平衡和發(fā)展，提高糧食產(chǎn)量、生產(chǎn)綠色食品的有效途徑之一。
在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域中，利用現代礦物學(xué)解決環(huán)境問(wèn)題的研究正在成為重點(diǎn)課題。自然界中分布廣泛的天然礦物的凈化功能無(wú)疑在今后的研究中會(huì )得到足夠的重視，環(huán)境礦物材料也必將在治理污染與環(huán)境中發(fā)揮不可替代的作用。有理由認為，環(huán)境礦物材料符合人與自然和諧發(fā)展的要求，環(huán)境礦物學(xué)是材料科學(xué)發(fā)展的必然趨勢。
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