離子交換樹脂前言

A. 什麼是離子交換過程,影響離子交換過程的因素有哪些

離子交換是藉助於固體離子交換劑中的離子與稀溶液中的離子進行交換,以達到提取或去除溶液中某些離子的目的.它是一種屬於傳質分離過程的單元操作.
離子交換法
一、前言
離子交換法(ion exchange process)是液相中的離子和固相中離子間所進行的的一種可逆性化學反應,當液相中的某些離子較為離子交換固體所喜好時,便會被離子交換固體吸附,為維持水溶液的電中性,所以離子交換固體必須釋出等價離子回溶液中.
離子交換樹脂一般呈現多孔狀或顆粒狀,其大小約為0.1mm,其離子交換能力依其交換能力特徵可分：
1.
強酸型陽離子交換樹脂：主要含有強酸性的反應基如磺酸基（－SO3H）,此離子交換樹脂可以交換所有的陽離子.
2.
弱酸型陽離子交換樹脂：具有較弱的反應基如羧基（－COOH基）,此離子交換樹脂僅可交換弱鹼中的陽離子如Ca2+、Mg2+,對於強鹼中的離子如Ca2+、K+等無法進行交換.
3.
強鹼型陰離子交換樹脂：主要是含有較強的反應基如具有四面體銨鹽官能基之－N+(CH3)3,在氫氧形式下,－N+(CH3)3OH-中的氫氧離子可以迅速釋出,以進行交換,強鹼型陰離子交換樹脂可以和所有的陰離子進行交換去除.
4.
弱鹼型陰離子交換樹脂：具有較弱的反應基如氨基,僅能去除強酸中的陰離子如SO42-,Cl－或NO3－,對於HCO3－,CO32－或SiO42－則無法去除.
不論是離子交換樹脂或是沸石,都有其一定的可交換基濃度,稱為離子交換容量(ion exchange capacity).對陽離子交換樹脂而言,大約在200~500meq/100g.因為陽離子交換為一化學反應,故必須遵守質量平衡定律.離子交換樹脂的一般方程式可以表示如下：
全文請看：
離子交換的基本知識
為了除去水中離子態雜質,現在採用得最普遍的方法是離子交換.這種方法可以將水中離子態雜質清除得以較徹底,因而能製得很純的水.所以,在熱力發電廠鍋爐用水的制備工藝中,它是一個必要的步驟.
離子交換處理,必須用一種稱做離子交換劑的物質（簡稱交換劑）來進行.這種物質遇水時,可以將其本身所具有的某種離子和水中同符號的離子相互交換,離子交換劑的種類很多,有天然和人造、有機和無機、陽離子型和陰離子型等之分,大概情況如表所示.此外,按結構特徵來分,還有大孔型和凝膠型等.
全文請看：

B. 魚老是死

缺氧，並且你養魚的水可能也有問題。一般換水不要太勤，並且水不能直接換，要放半天之後在放。

C. 海水變淡水的解析法

海水淡化
學校:東港海事
班級: 三乙
作者: 育名 億
一,前言
海水淡化的原
海水或鹽水淡化( Desalination )系一種水處 技術,其原 乃是 用能源將鹽水( Saline
Water )分 成 部分,一部分為含鹽極低的淡水( Fresh Water ),另一部分則為含高鹽
之鹵水( Brine ),而由此達成淡化之目的.
海水淡化發展沿革
淡化技術迄今已有五十多 的發展 史.在二次大戰期間,各國為 供應在乾燥地區作戰的
軍隊飲水需求,開始重視海(咸)水淡化技術的研究與應用.美國政府於 1950 代成 鹽水
中心( Office of Saline Water ),進 淡化技術應用之研究.全世界至 1960 代末期開始有
日產 8,000 噸海淡廠的興建營運,而薄膜製程一直到 1970 代才達到商業化的運轉.
根據國際淡化協會( International Desalination Association, IDA )之統計,截至 2001
底為止,全世界共有 133 個國家應用海水淡化系統,淡化水的日產 (單位機組日產 100 噸
以上者)已達 3,240 萬噸.其所產制的淡化水 僅用 供應民生用水,公共給水及灌溉用水等,
也供應一般工業用水.同時,由於淡化水的水質較好,也提供作為高科技半導體廠超純水的原水.
因此,淡化水的應用可 是非常廣泛.在世界上許多 海的民主先進國家或地區,海水淡化已經
成為與傳統水源同樣重要的新興水源,將海水淡化用 做為有效緩和或解決水資源供需失衡的方
案.
海水淡化 用概況
早期海水淡化的應用大都集中在乾燥且缺水的中東地區.如今,隨著全世界人口的成長及工商業
的發展,各國的用水需求快速增加,在傳統水源開發的成本與困難 逐 增加以及水資源供需情
勢日益緊張的情形下,各國紛紛開始尋找新的水源,其中應用淡化技術 開發輔助水源為各先進
國家最常採用的方法.除中東,歐美,以及大部份島嶼國家外,亞洲國家如日本,新加坡,南韓,
中國大 與印尼等也都已積極發展或應用海水淡化.
二,本文
全世界一百二十多國採用海鹹水淡化技術取得淡水,淡化機組總共可處 約二千 百萬噸以上之
淡化水,其中海水淡化約佔有三分之二之比 ,剩下三分之一是咸井水淡化.根據統計,海水淡
化之機組與生產 以每 百分之十以上的速 在增加.亞洲國家如日本,新加坡,南韓,中國大
與印尼等也都已積極發展或應用海水淡化做為替代水源,以增加自主水源的 .台灣地區已
經使用海水淡化技術之地區主要以 島為主,計有澎湖, 門及馬祖等地區(詳表一),而台灣本
島則尚在規劃當中.台灣本島之水資源在開發規模逐漸縮小的政策下,水資源之短缺將 為嚴
重.對此,在多元化水資源供給的目標下,海水具有取之 竭之特性,其擔負生產大 淡水的使
命也就逐漸增加.
近 淡化技術已經有相當的進步,對於增加產水 ,節約能源, 低結垢等有很大的改善,至
於淡化所需之材 也 於取得,使用壽命也逐漸延長,相對的,單位產水價格也就日漸 低.總
而言之,就是海水淡化規模愈 愈大,耗能愈 愈低,成本愈 癒合 .尤其, 是以鼓 民間
企投資興建營運模式(BOO或BOT)推動,其成本 是具有商業化的潛 ,目前全球已有三十多
個個政府與企業共創雙贏的海水淡化成功案 .
1,國際海水淡化推 現況[1]
A,沙烏地阿 伯
地處沙漠地區, 雨 僅一百公釐,水資源有限,海水淡化為唯一可大 供應工業及民生用水
的水源.截至目前,沙國政府已投資約新台幣三千 百億元,總共興建一千二百 十座海水淡化
廠,每日產水 近七○五萬噸,供民生使用佔百分之九十 ,供工業使用佔百分之四.其海水淡
化廠 為世界第二位,但每日產水 為全球第一.能源取得大部分均 用鄰近電廠之低壓蒸氣
及電能.至於海淡廠的鹵水排放, 用先進排放口設計或稀釋

D. 凈水機網

找凈水機網站的話 我覺得有個網站非常不錯 叫直飲機網，好像上面有介紹國內比較知名的凈水器生產商，如：泉來，美的，凈之泉等

我國家用凈水器的工藝特點

1.周玲玲 2.武道吉 3.張永吉

1. 哈爾濱工業大學 市政環境工程學院, 黑龍江 哈爾濱 150090;
2. 山東建築大學市政與環境工程學院, 山 東 濟南, 250101;
3. 同濟大學環境科學與工程學院, 上海, 200092

1 前言:概述了以活性炭和膜過濾技術為核心的家用凈水器的凈水工藝及凈水效果,並介紹了以這兩種工藝 為基礎的復合型家用凈水器凈水工藝.針對我國現今凈水器發展狀況討論了凈水器相關生產標准,管理辦 法,並對家用凈水器發展方向做了簡單展望. 關鍵詞:家用凈水器; 活性炭; 膜過濾; 紫外線消毒

2 家用凈水器的主要凈水工藝及其特點 2.1 活性炭凈水器

我國自來水廠大部分仍採用傳統的常規處理工藝, 這種凈化工藝主要是去除懸浮物, 膠 體和細菌, 而其去除溶解性有機物的效率是極低的, 同時消毒時消毒劑氯會與水中的有機物 反應,生成大量的致癌有機鹵化物(三鹵甲烷,鹵乙酸等);另外隨著水源污染的加劇,通過 傳統的凈化工藝處理的出水已很難滿足人們對飲用水水質的要求. 隨著人們生活水平的不斷 提高,人們對生活質量也越來越重視,對飲用水衛生要求也在不斷提高,凈水器走進家庭, 已成為現代居民生活的趨勢. 家用凈水器作為一種微型化的水質深度處理裝置. 它的發展速度很快, 其社會需求量也 很大.在當前及今後相當長的時間內,都將有很大的市場潛力,很有發展前景.
對家用凈水器的研究與開發始於六十年代, 在七十年代達到高峰並一直持續至今. 現在 對家用飲水凈水器的研究主要是除有機物與無機污染物和除菌. 按工藝流程, 其凈水技術主 要有以下幾種:
活性炭是目前所有飲用水深度處理技術應用最廣泛的一種深度處理技術, 可經濟有效地 去除嗅,味,色度,氯化有機物,農葯,放射性有機物及其它人工合成有機物,且生產方便. 活性炭是一種多孔性物質, 內部具有發達的孔隙結構和巨大的比表面積. 其中微孔構成的內 表面積占總面積的 95%以上,活性炭對有機物的去除主要是微孔吸附作用.活性炭的孔徑 特點決定了它對不同分子大小有機物的去除效果不同. 活性炭的孔隙一般可分為大孔, 過渡 孔和微孔.大孔主要分布在活性炭表面,對有機物的吸附作用甚微.過渡孔是水中大分子有 機物的吸附場所和小分子有機物進入微孔的通道.微孔則是活性炭吸附有機物的主要區域. 炭粒之間形成了具 壓縮活性炭棒是將細炭粉經過燒結加以粘合劑壓縮而成的活性炭體, 有特定孔隙分布的立體交錯的網狀結構. 通過粉狀活性炭的吸附作用可將水中的濁度, 有機 物等去除, 通過壓縮活性炭棒的立體網狀結構所具有的篩分作用又可以截留大分子物質, 細 [1] 菌等.試驗表明 :採用壓縮活性炭棒聯用技術的家用凈水器安全性高,這種凈水器發展 前景廣闊.試驗結果顯示,這種凈水器對高錳酸鹽指數,濁度,色度,細菌總數,大腸菌群, NH3—N等水質參數去除效果明顯.
項目來源:國家科技重大專項資助(No. 2008ZX07421-002; 2008ZX07422-005)

2.2 膜過濾凈水器

以超濾膜為主。

2.3 復合型凈水器

膜過濾技術是以高分子分離膜為代表的一種新型的流體分離單元操作技術. 膜過濾法的 最大特點是分離過程中不伴隨有相的變化, 僅靠一定的壓力作為驅動力就能獲得很高的分離 效果,是一種非常節省能源的分離技術.膜分離技術在飲用水深度處理中有廣泛的應用,根 據膜孔徑大小可分為微濾(MF,孔徑 0.1—10m),超濾(UF,孔徑 0.001—0.1m),納濾(NF, 孔徑 0.0005—0.005m)和反滲透(RO,孔徑 0.0001—0.001m)等. 在選擇膜時,應根據需要和進水水質選擇適當的膜,膜孔徑大了則影響出水 效果,不 能滿足需要,膜孔小了,則所需工作壓力高,且通量低,易堵塞,從而大提高了成本. 納濾膜是在80年代後期研製開發的一種新型的分離膜,由於納濾膜平均孔徑在1~3納米 之間而且其工作壓力一般為0.5～2.0MPa故又稱為超低壓反滲透膜.納濾孔徑范圍介於反滲 透膜和超濾膜之間, 對污水中分子量為數百的有機小分子具有分離特性, 有效截留分子量界 限約為200~1000.通過納濾膜能保留大多數人體必須的無機離子,出水效率高[6,7]. 由於納濾膜特殊的孔徑范圍和制備時的特殊處理(如復合化,荷電化) ,使得納濾膜具 有較特殊的分離性能,在脫色和去除有機物(TOC) ,飲用水中加氯前三鹵代烷(THA)前 驅物(腐植酸和灰黃霉酸) ,海水中的硫酸鹽,水的硬度以及地下水中的硝酸鹽,放射物質 [7] 和硒等方面效果顯著 .
面對越來越嚴重的水污染, 依靠單一的活性炭吸附或膜過濾已無法使水凈化到理想的效 果,因此復合型凈水器得到發展. 復合型凈水器由兩種或兩種以上凈水材料組成, 但不是簡單的不同凈水工藝相疊加, 而 是優勢互補,相互影響以達到較理想的凈水效果. 常見復合型凈水器的凈水流程有以下幾種[8]: I. 進水→載銀活性炭→微濾(超濾)→出水 II. 進水→載銀活性炭→陽離子交換樹脂→微濾(超濾)→出水 III. 進水→2UM 膜微濾→活性炭→0.2UM 膜微濾(超濾)→出水 IV. 進水→PP 熔噴濾蕊→微濾(超濾)→出水 V. 進水→微孔陶瓷→活性炭→陽離子交換樹脂→出水

活性炭纖維是有機炭纖維經活化處理後形成的一種新型吸附材料,具有發達的微孔結 構,巨大的比表面積,以及眾多的官能團.其吸附速率較顆粒活性炭快得多,再生時也易脫 附. 由於表面大量的含氧官能團使活性炭纖維對某些極性吸附質具有特殊的吸附能力, 這有 [2] 利於去除水中的氯仿 . 活性炭凈水器在運行中也存在一些問題, 如果進水存在氨氮, 則出水亞硝酸鹽濃度會有 所增加,這是由於活性炭層中發生了生物氧化——硝化作用.另外,活性炭使用後,被活性 炭吸附的有機物會成為細菌繁殖的溫床而使出水中細菌增多. 在活性炭上滲銀能起到殺菌和 + 使蛋白質凝固, 抑制細菌生長的作用, 這主要是由於 Ag 對組成細菌的蛋白質酶有破壞作用, 因而使菌體彎曲變形而死亡[3],但如果滲銀活性炭質量不過關則會出現漏銀現象,使出水銀 離子濃度超出國家相關用水標准, 而且滲銀活性炭的消毒功效不能持久. 對於在活性炭使用 後其上繁殖的細菌會使出水細菌總數往往會超標, 建議後置消毒設備, 以保證出水能夠生飲. 有些凈水器安裝了三碘樹脂消毒劑, 這會使運行初期水呈黃色或甚至紅色, 而且可能使水中 [4] 的碘含量超標,人體攝入過多的碘則能引起高碘甲狀腺腫 ,如果有條件的話,最好採用紫 外滅線消毒[5].

VI. 進水→磁化→活性炭→微濾→礦化→磁化→出水 可以看出復合型凈水器主要是利用活性炭去除余氯,有機致突變物,色度,異味,以膜 過濾去除懸浮顆粒及微生物;以陰陽離子交換樹脂降低水的硬度,鐵,氟等,從而達到凈化 水質的目的. 復合型凈水器由於其價格適中,操作簡便,處理效果好而成為當前凈水器發展的熱點. 3 當前凈水器存在的主要問題 1)由於凈水器是最近幾年才快速發展起來的,所以其相關國家衛生標准,凈水器材料 使用要求,出水水質,管理辦法等法律法規還有待完善; 2)對凈水器的科研投入不夠,這主要由於凈水器量產的規模還不夠,大型凈水器企業 還不成規模,這就造成了凈水器的生產過程規范化程度不高,處理工藝也大同小異.相信凈 水器的巨大商機及對其加大科研而帶來的遠期效益會促使各方加大對凈水器的科研的投入; 3)有些凈水器存在二次污染的問題,如有些凈水器剛開始運行時效果還很明顯,但時 間長了,諸如出水總細菌數超標等問題出現了,所以在設計時應從長期來考慮.

參考文獻
2002,29(8):61-64 [3] 王嶺. 載銀活性炭的研究.凈水技術[J]. 1994 (2):9-14 [4] 朱惠剛. 凈水器的凈水效果.環境與健康雜志[J]. 1994,11(9):186-189 [5] 岳舜琳. 家用凈水器的選擇. 技術交流[J],2004,7:34-35 [6] 李卉, 李光明. 納濾膜在水處理中的應用. 江蘇環境科技[J], 2006,19(2):130-132
家用凈水器市場的巨大潛力必將推進其快速發展,對於發展方向,筆者認為: 1) 加速推進凈化材料的發展,一方面新型的凈化材料必將大大提高出水水質,另一方 面隨著材料製造工藝的發展, 必將大幅降低凈水器的總體成本, 這無疑加速了凈水器的推廣. 2) 根據不同進水水質及不同需求優化處理工藝.水質一般因地而異,如我國北方水質 硬度大,而南方水質有機物污染嚴重故宜採用不同的工藝. 3) 防止凈水器帶來二次污染,如凈水器上細菌的生長會使出水總細菌數超標,滲銀活 性炭若質量不過關則會出現漏銀現象, 三碘樹脂消毒劑使用不當能使水中的碘含量超標, 反 滲透處理效果雖好, 但同時也將原水中對人體有益的礦物質和微量元素也幾乎全部去除, 故 應採取相關措施防止由凈水器本身所帶來的不利影響. 4) 納濾由於其工作壓力要求低,可直接用自來水壓力,而且納濾能去除水中的各種懸 浮物,膠體,大分子,有機物,微生物,病毒等,也能去除對人體危害較大的鹵代有機物和 部分大基團的無機鹽, 其應用前景巨大. 5) 在消毒方面,紫外線消毒發展空間巨大.傳統的加氯消毒會產生致畸,致癌,致突 變的消毒副產物 (DBPs) 對人體健康的潛在影響極大, , 而臭氧消毒也由於其製取設備復雜, 運行費用高,消毒後也可能存在 DBPs,因而沒有得到推廣.紫外線消毒不僅不需投加任何 葯劑,而且不產生 DBPs,殺菌速度快,滅菌率高,管理和自動化程度高,是一種綠色的消 毒方式.
[1] 解磊, 楊秀妍, 白景峰等. IBAC—壓縮活性炭棒聯用技術家用凈水器的可靠性研究應用科技. [2] 孫治榮 范延臻 王寶貞.國內外飲用水凈水器的發展現狀評述[J].哈爾濱建築大學學報. 1999,4(32):61-64
[7] 盧紅梅. 納濾膜的特性及其在國內水處理中的應用進展.過濾與分離[J], 2002,12(1):38-41 [8] 李長青, 王明法, 吳小輝等. 國產家用凈水器現狀和發展. 中國公共衛生[J], 1999 15(6):537-538
A brief talk on the development of household water purifiers
Zhou Lingling1, Wu Daoji2, Zhang Yongji3
1. School of Municipal & Environmental Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150090, China; 2. College of Environmental and Municipal Engineering; Shandong Jianzhu University; Jinan 250101; China; 3. College of Environmental Science & Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China; Abstract:These theses mainly describes the main purification process which is mainly depending on activated carbon and membrane filtration technology and their optimization and strengthen technologies as well as some compound water purification processes which are based on activated carbon and membrane filtration technology.
Pose problems which are based on the current state of the development of household water purifiers. The problems
direction from many aspects.
Keywords: household water purifiers; activated carbon; membrane filtration; ultraviolet disinfection

include the imperfect proction standards and management methods. Give a brief outlook of its development

E. 非金屬礦物直接制備高性能材料的關鍵技術及發展方向

楊華明 邱冠周 王淀佐

（中南大學資源生物學院，湖南 長沙 410083）

摘要 資源、材料一體化的核心是開發礦物資源直接制備高性能材料的共性技術和建立相關的基礎理論，並形成礦物材料新型學科體系。礦物資源精加工涉及超微細、高純化、表面改性和功能化技術。礦物材料在高新材料、環保工程、電子信息、汽車材料等領域獲得非常廣泛的應用。本文重點分析礦物性能與其應用特性的關系，詳細闡述了礦物超微細加工、形態處理、機械化學改性、電磁輻射、表面處理和摻雜復合等功能化加工技術，指出基於礦物特性的功能礦物材料的開發與設計是礦物材料學科體系和產業化的重點發展方向。

關鍵詞 非金屬礦；精加工；功能化技術；礦物材料。

第一作者簡介：楊華明，博士、中南大學教授、博士生導師。主要研究領域為礦物資源精加工、功能礦物材料和無機非金屬材料。電話：0731-8830549，E-mail：[email protected]。

一、前言

傳統的礦物加工主要是為化工、冶金等工業部門提供合格的礦物原料，而不涉及礦物資源加工成材料。現代高新技術的發展對材料性能提出了更高的要求，而礦物所具有的吸附、交換、催化、助熔、增韌、補強以及光、電、磁、熱、聲等性能，及其在各種物理、化學場作用下的變化為開發新功能、新用途的礦物材料打下了基礎。通過物理和化學加工，將礦物直接製成功能材料，並用改性、摻雜技術賦予相應的功能，以實現資源、材料的一體化，為傳統礦物加工行業的技術升級和新型功能材料的制備提供了全新的思路。

礦物材料學科是結晶學、礦物學、礦物加工學、材料科學和化學科學等多學科交叉、融合產生的新的學科生長點，是目前最活躍、最有生命力的新興邊緣學科之一。礦物材料是高技術新材料的重要組成部分，國家發改委出台的《當前國家優先發展的高技術產業化重點領域指南》中涉及材料類的22個領域中，礦物材料佔了11個。

研究和應用表明，功能礦物材料具有普通材料無可比擬的可加工性、高性能和實用性，由此形成的一系列新產品、新功能也給礦物加工行業帶來了無限生機；與材料學、化學化工、固體物理、機械學、環保、高效農業等多學科知識相結合，並與現代生物技術、納米技術和信息技術融合，這些內容形成了新的學科方向。國內外在功能礦物材料、超微細粉體制備、礦物材料結構和納米礦物等高附加值利用的許多方面做了大量的工作，開發的一些產品已投入工業化生產；利用礦物特性並結合現代新技術開發了納米塑料、納米橡膠、納米介孔材料等新型材料，將傳統材料提高到一個更高的層次——性能更優良、應用更廣泛的水平上；與此同時，對機械化學、機械電化學、超微細加工、界面化學、摻雜改性等過程的理論問題進行了深入的探討，建立了一系列理論體系，推動了該領域的迅速發展。

二、礦物特性與應用性能

礦物特性的研究、表徵，以及對礦物材料性能與基本特性、結構、形成機制之間關系的提示和詮釋，是礦物材料研製和開發的基礎。礦物的物理化學特性決定了它的用途，現代測試技術的發展，使人們對礦物吸附、交換、助熔、增韌、補強以及光、電、磁、聲、核輻射、表面、界面等特性及其在各種物理、化學場作用下的變化研究變得更為直接和富有成效。一些具有吸附、交換、催化、增強、生物相容性等功能的礦物材料，特別是具有感知、響應、預警等信息功能的礦物材料（如濕敏、熱敏、壓敏、光敏、隱身、抗菌、紅外輻射、光電轉換等功能）將會受到高度重視和研發應用。在建築領域，新世紀的建材向更加舒適、安全、節能、保健等多功能的「生態建材」方向發展；在新型建材開發中，某些礦物材料必將在輕質、保溫、絕熱性能方面扮演十分重要的角色；礦物材料目前也已用於西部土壤固化和沙漠治理。

三、礦物材料的超微細加工

隨著科技的發展，需要既能適應高溫、高壓、高硬度條件，又具有能發光、導電、電磁、吸附等特殊性能的材料。超微細粉體材料的研究開發受到各國重視。英國成立了新型先進材料製造技術中心，研究超微細粉體材料；韓國科學技術研究院提出的科技發展戰略及五年發展計劃中，也列出了超微細粉體材料；美國20世紀90年代初就把納米（超微粉）技術列入「政府關鍵技術」及21世紀初的重要研究方向。

（一）超微細礦物粉體的廣泛用途

超微細礦物材料在造紙、油漆、塑料、輕工、冶金等工業中用作填料和功能材料；在塗料、顏料中作阻燃劑；在電子、航空工業尖端等領域中還可作電容器材料、敏感元件材料、超硬材料、超導材料及光、電、磁、波的吸收材料等。無機超微細粉體材料的使用使其價值大幅度提升。

超微細粉體材料或顏料加到油墨或油漆中時，可使色彩艷麗而發光。納米級白炭黑能賦予橡膠極高的抗張強度、抗撕裂性和耐磨性。超微細Fe₂O₃磁粉用在錄音帶或錄像帶中，信息儲存量比普通磁粉高10倍。隨著粒徑的減小，比表面積增大，材料機械性能、熱傳導性能比一般材料優異。

（二）超微細礦物粉體的發展動態

1.超微細化

十多年前超微細粉體材料的研究對象是1μm以上的粉體，近年來超微細粉體材料的研究已進展到納米級。隨著顆粒度變小，其本身性能增強，並可使光、電、磁特性兼於一身。表1列出了礦物顆粒加工深度與應用范圍的關系。

表1 礦物顆粒加工深度及應用范圍

2.高純化

高純化是為了排除外來雜質的干擾，實現物質本身的特性。高純度產品可產生巨大增值，99.998%的ZrO₂價格為普通耐火材料用ZrO₂價格的300多倍，是電子材料用ZrO₂價格的50多倍。高純重晶石［w（BaSO₄）＞99%］已用於制備高性能導電材料，廣泛用於導電塑料、導電橡膠和導電塗料等，在航空航天、精密電子、通信技術等領域獲得廣泛應用。

3.功能化和復合化

功能化和復合化是人們對材料性能追求的結果，也是高新技術發展的需求。如新型毛細管狀苯乙烯-二乙烯基本離子交換樹脂中Fe₂O₃構成的磁性材料，在室溫下具有極強的磁性，而且有良好的光透明性。由於具有這種特殊功能，其在彩色成像和印刷中得到良好的效果。功能是材料的核心，科技的發展需要各種功能的材料；復合的目的是人為地賦予材料新的功能。例如含有氧化銻的亞微米級氧化錫，不但導電而且透明。

4.精細化

材料的精細化是指粉體性能的精細化，如對其顆粒度、粒度分布、顆粒形狀、比表面、孔容、孔徑、晶相、導電、磁性、光吸收、光導等一系列性能，對不同粉體有不同的要求。封裝SiO₂不同的形狀，會產生不同的效果。

四、礦物顆粒的形態處理

非金屬礦物的顆粒形態處理通常是礦物材料加工的一個重要內容。礦物顆粒形態處理的關鍵是在粉碎、磨剝解離或松解過程中，要最大限度地保護和展現礦物晶體結構特徵。在形態處理的同時也包含礦物精選。顆粒的形態處理與礦物精加工密不可分。

（一）充分發揮礦物材料的顆粒形態特性

顆粒形態對材料性能與質量有明顯影響。製造雲母增強塑料（聚丙烯PP）時，使用200-HK雲母粉（-62μm佔45%，徑厚比50）與使用同樣比例的325-S雲母粉（-62μm佔84%，徑厚比30）相比，其製品抗拉強度提高8%，彎曲強度提高8.75%，比未使用雲母增強的聚丙烯（PP）製品強度分別提高34%及43.75%。

用同一種礦物原料生產不同材料時，對礦物顆粒形態的要求也不同。製造石棉水泥製品時要求增強纖維中含有一定量的硬結構纖維，以利於纖維分散及成型脫水過濾，並改善剛度，纖維長徑比25～80效果較好。生產石棉紡織製品時則要強調纖維的可紡性，其長徑比一般大於1000。礦物顆粒的形態處理方法及功能見表2。

表3 一些礦物的化學氣相沉積沉積條件

在礦物表面覆蓋塗層實現礦物材料性質的變化，目的是提高礦物材料的外觀裝飾性或抗氧化性等，提高其應用性能。如利用金屬化合物發生水解反應而在雲母表面沉積出金屬氧化物顆粒，製成珠光雲母。

通過改性劑在礦物顆粒表面的作用，使礦物表面具備與有機基體親和力強的能力，改善復合材料性能。常用的改性劑有各種偶聯劑、表面活性劑、有機硅、聚烯烴低聚合物等。研究表明，改性劑與礦物表面的作用以化學鍵合為主，氫鍵作用、物理吸附也有報道。為了解釋礦物材料與有機基體之間界面結合的力學形態，提出了可變形理論和約束層理論。改性劑處理主要用來生產在塑料和橡膠中使用的以補強作用為目的的礦物材料。

八、礦物材料的摻雜和復合技術

摻雜復合始終是礦物材料研究中的重要課題，對新材料的研究，主要是關於材料摻雜改性的摻雜劑選擇、摻雜方法的實驗、合理的摻雜含量確定等實驗和理論上的研究。在理論方面，人們往往是應用量子力學理論計算雜質能級、點缺陷形成能和摻雜引起的能帶結構的變化，應用量子化學理論計算雜質的鍵價與材料結構的關系等。

摻雜復合過程不僅僅是單純的物理、化學過程，還包含晶體結構的變化，涉及固體物理、結構化學、表面化學等諸多學科。礦物顆粒直接或在化學處理過程中通過摻雜（加入摻雜劑）可改變礦物的結構，實現電、磁、光等功能。常用的摻雜方式主要有直接添加、反應（如共沉澱）摻雜、高能輻照摻雜等。復合主要集中在復合材料的制備。

研究重點是摻雜劑的設計、最佳摻雜量的計算和材料應用性能的開發。

九、礦物材料的發展前沿

對材料加工和性能的高要求使礦物材料的發展日新月異，高新技術的滲入和多學科的交叉引發礦物材料物理加工許多新的思路。礦物材料的結構、尺度與物化性能的基礎研究，從礦物成分的離子價態、配位、局域、對稱、有序度、鍵性、電子構造、磁性、電荷密度分布，到礦物的原子與電子結構、分子結構、晶體結構、相結構、晶粒結構、表面與晶界結構、缺陷結構等；從納米以下、納米、微米到毫米及更宏觀的結構層次，研究礦物材料的物化性能，為礦物材料研究提供基本信息。

礦物材料學是以工業礦物學、工藝礦物學為前驅發展起來的新興邊緣應用學科，目前基本局限於最簡單的初級利用和簡單的粗加工階段。隨著國民經濟的發展，這種狀況遠遠滿足不了要求，這預示著要向其縱深方向的發展，必須進行精細加工。受啟於新型碳材料的發展，我們認為必須進行原子、分子尺度上的結構工程研究。二次世界大戰後，經濟飛速發展的一個重要原因就是受益於對具有高附加值的礦物材料深加工研究。所以，礦物材料的研究前沿核心在於以下兩個方面：①從礦物材料最本質的結構出發，研究和開發高附加值、超性能的新材料。在礦物結構基礎上進行分子、原子工程修飾，改變結構、提高礦物材料的性能，從而創造新材料，提高性價比。②研究礦物晶體結構與材料性能的關系，創造出新型納米級結構功能材料。從礦物晶體結構上進行的工作已經能夠證明這一點，包含、再生和環帶結構已經被用來製造微型電容器，內部顆粒導電、外部環不導電就會產生千萬個微型電容器微觀組合，在功能材料方面得到極好的應用。這主要是從對礦物岩石顆粒晶界、晶粒結構的研究而得到的成果。是否可以從礦物的雙晶結構製造出新型功能材料，主要應依據組成雙晶的各部分的結構和性能差異來考慮，這個思路將使人們進入極為靈活美妙的視域。需要重點研究的方向主要為：

1）開發能制備均一粒徑或窄粒級超微細礦物顆粒的物理加工技術和設備，以滿足特殊功能的需要，如用於精密機械拋光、光電材料；

2）開發能保持層狀、多孔等特殊礦物結構原狀的加工技術，充分發揮材料的功能；

3）礦物材料的復合技術，與聚合物、納米材料的復合，復合技術的界面研究；

4）礦物的微觀結構與應用性能研究；

5）物理加工中摻雜劑、改性劑的結構設計和結構-性能定量關系的研究；

6）納米層次礦物材料的結構、性能研究和應用開發。

The key technology and development direction of high-performance mineral materials directly prepared from non-metallic mineral resources

Yang Huaming，Qiu Guanzhou，Wang Dianzuo

（School of Resources Processing and Bioengineering，Central South University，Changsha Hunan 410083，China）

Abstract：The core of unification of resources and materials is to develop the general technologies and set up basic theory for the direct preparation of advanced materials from mineral resources，and to form new discipline system of mineral materials.Fine processing of mineral resources is about the superfine technology，high-grade purification，surface modification and functionalization of the minerals.Mineral materials have been widely used in the fields of high-tech materials，environmental protection，electronic information，motor materials and so on.The paper focuses on the relationship between mineral properties and its application characteristics，introcing the processing technologies for superfine powders，morphology treatment，mechanochemical modification，electromagnetism radiation，surface treatment and doping.The paper also indicates that development and design of functional materials based on the mineral features is the important development direction of mineral material discipline system and instrialization.

Key words：Non-metallic minerals，Deep processing，Functionalization technology，Mineral materials.

F. 蛋白棉多久換一次

前言：現在市面上很多水族用的凈水產品，不僅是沾上水族以後就身價倍增，甚至打著高科技、黑科技的旗號忽悠魚友們。因此，我們在選擇這類水族產品的時候一定要擦亮眼睛，仔細斟酌，多聽多問……不能只看宣傳，要眼見為實；不能只聽商家忽悠，應該多聽聽魚友的實際使用感受。

魚友們可用於凈水的產品不少，近幾年出現的蛋白棉就是其中比較受歡迎的產品之一，既然能得到魚友們的接納和歡迎，必然就有其獨到或是過人之處。蛋白棉我實際使用過多次，至少在凈水的功能上確實是有效果的。下面我就來和大家聊聊蛋白棉，到底蛋白棉是什麼？長啥樣？怎麼樣？

蛋白棉是什麼？
首先我們來了解一下蛋白棉：蛋白棉其實就是一種樹脂。在化學上代號為「D301」的樹脂。這是一種弱鹼性陰離子交換樹脂，在水中離解出弱鹼性的OH⁻離子根，可以起到吸附作用，所以一直以來都被廣泛應用在污水處理工序上。

樹脂的分子模型

蛋白棉凈水的原理：
蛋白棉用於水族的凈水通常是處理魚缸的黃水，這是利用其吸附作用，也是一種交換反應。蛋白棉里的離子通過交換水中固體離子，同時釋放一個等價弱鹼性OH⁻離子出來。當然，同時也能吸附水中雜散離子，從而達到凈化水的目的。

既然是交換的過程，那麼，很明顯，蛋白棉在去除黃水的同時，極有可能會將水中酸分子吸附，交換酸性離子釋放鹼性離子，結果就肯定會導致水體PH值的改變！我們常說的跌酸也就是這個原理，因此，在使用蛋白棉凈水的時候我們需要謹慎，否則雖然水是變清了，但是水的酸鹼度激烈動盪造成的水質變化，進而導致水裡生物產生健康問題就得不償失了。

使用蛋白棉需要注意的地方：
蛋白棉不建議放在網眼細小的進水口、前置桶等地方，否則很容易因為吸附雜物堵塞水流暢通，特別是用在過濾筒里，畢竟你不能直觀看到，更換起來也比較麻煩。
因為蛋白棉會改變水體酸鹼度，所以只能短期使用，不要長期使用。無論蛋白棉放在魚缸哪個位置，一旦凈水效果顯現以後就要拿出來，附帶少量換水保持水質的酸鹼度基本不變。

【綜述】
理論上，蛋白棉直接放到魚缸里也沒有什麼問題，不過我不建議這么做。如果小魚缸，沒有條件單獨放在水流循環的地方，那麼，一定要記得：你不能把蛋白棉長期放在魚缸里，否則水清了，魚也掛了。

蛋白棉有個優勢，我們可以多次重復使用。所以，雖然優質的蛋白棉在價格上稍微有點貴，但，總體上看，蛋白棉也算是經濟實惠的凈水產品。你使用過，已經飽吸雜質後變色的蛋白棉，用高濃度鹽水充分浸泡一天，清水再浸泡一天充分稀釋鹽分後還可以繼續使用。

蛋白棉用於凈化魚缸黃水、綠水等水體渾濁時確實是有「奇效」，包括我在內的很多魚友都屢試不爽。只要知道蛋白棉會引起魚缸水體的酸鹼度改變，相應解決這個問題，那麼，蛋白棉的凈水作用不是噱頭。

總之：合理的使用蛋白棉是能凈水的，基於此，蛋白棉不僅是得到魚友們的認可，也漸漸地得到了包括專業水族玩家在內的大力推崇。希望我的這些經驗可以幫助魚友們對蛋白棉有更進一步的了解吧！

G. 什麼是EDI水處理裝置

EDI水處理裝置是指的EDI模塊：

EDI，又稱連續電除鹽技術，它是將傳專統電滲析技術和離子交換技術相結合屬，在電場力的作用下，通過陽、陰離子膜對陽、陰離子的選擇透過性作用以及離子交換樹脂對水中離子的交換作用，使水中離子作定向遷移，從而實現水的深度凈化除鹽。水電解產生的氫離子和氫氧根離子對樹脂進行連續再生，因此EDI模塊制水過程不需要酸鹼化學再生即可連續製取高品質超純水。

EDI模塊

EDI模塊有哪些特點？

1、產水穩定安全，可以進行隨時監測保證水質是一直合格的。

2、系統自動化程度高，操作控制簡單方便，可以無人化生產，減少了勞動力。

3、連續穩定產水，再生時不需要對設備停機，更加方便快捷。

4、無污染，在生時不需要對其投加化學試劑，因此減少了對環境的污染。

5、成本低。設備經過合理的設計，運行穩定並有效節約了成本。

6、裝置結構緊湊減少了佔地面積，節省了空間，間接的減少了運行成本。

7、原水利用率高，幾乎沒有廢水的排放。

H. 影響陽離子交換能力的因素有哪些

土壤溶液來中的陽離子進行交自換，稱為陽離子的交換作用。影響因素有——（1）陽離子的代換能力隨離子價數的增加而增大，因為高價陽離子的電荷量大、電性強所以代換能力也大，各種陽離子代換力的大小順序：Na+<K+<NH4+<Mg2+<Ca2+<H+<Al3+<Fe3+（2）等價離子代換能力的大小，隨原子序數的增加而增大（3）離子運動速度愈大，交換力愈強（4）陽離子的相對濃度及交換生成物的性質。
影響土壤陽離子交換量的因素有:陽離子交換量：每千克干土中所含的全部陽離子總量，以厘摩爾（+）每千克土或 c mol(+)kg的-1次冪表示。影響因素——（1）膠體的種類，有機膠體>無機膠體，有機質高的>有機質低的，次生鋁硅酸鹽（2:1>1:1）>次生氧化物（2）溶液的pH值（3）土壤質地，質地愈細交換量愈高。