离子交换树脂前言

A. 什么是离子交换过程,影响离子交换过程的因素有哪些

离子交换是借助于固体离子交换剂中的离子与稀溶液中的离子进行交换,以达到提取或去除溶液中某些离子的目的.它是一种属于传质分离过程的单元操作.
离子交换法
一、前言
离子交换法(ion exchange process)是液相中的离子和固相中离子间所进行的的一种可逆性化学反应,当液相中的某些离子较为离子交换固体所喜好时,便会被离子交换固体吸附,为维持水溶液的电中性,所以离子交换固体必须释出等价离子回溶液中.
离子交换树脂一般呈现多孔状或颗粒状,其大小约为0.1mm,其离子交换能力依其交换能力特征可分：
1.
强酸型阳离子交换树脂：主要含有强酸性的反应基如磺酸基（－SO3H）,此离子交换树脂可以交换所有的阳离子.
2.
弱酸型阳离子交换树脂：具有较弱的反应基如羧基（－COOH基）,此离子交换树脂仅可交换弱碱中的阳离子如Ca2+、Mg2+,对于强碱中的离子如Ca2+、K+等无法进行交换.
3.
强碱型阴离子交换树脂：主要是含有较强的反应基如具有四面体铵盐官能基之－N+(CH3)3,在氢氧形式下,－N+(CH3)3OH-中的氢氧离子可以迅速释出,以进行交换,强碱型阴离子交换树脂可以和所有的阴离子进行交换去除.
4.
弱碱型阴离子交换树脂：具有较弱的反应基如氨基,仅能去除强酸中的阴离子如SO42-,Cl－或NO3－,对于HCO3－,CO32－或SiO42－则无法去除.
不论是离子交换树脂或是沸石,都有其一定的可交换基浓度,称为离子交换容量(ion exchange capacity).对阳离子交换树脂而言,大约在200~500meq/100g.因为阳离子交换为一化学反应,故必须遵守质量平衡定律.离子交换树脂的一般方程式可以表示如下：
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离子交换的基本知识
为了除去水中离子态杂质,现在采用得最普遍的方法是离子交换.这种方法可以将水中离子态杂质清除得以较彻底,因而能制得很纯的水.所以,在热力发电厂锅炉用水的制备工艺中,它是一个必要的步骤.
离子交换处理,必须用一种称做离子交换剂的物质（简称交换剂）来进行.这种物质遇水时,可以将其本身所具有的某种离子和水中同符号的离子相互交换,离子交换剂的种类很多,有天然和人造、有机和无机、阳离子型和阴离子型等之分,大概情况如表所示.此外,按结构特征来分,还有大孔型和凝胶型等.
全文请看：

B. 鱼老是死

缺氧，并且你养鱼的水可能也有问题。一般换水不要太勤，并且水不能直接换，要放半天之后在放。

C. 海水变淡水的解析法

海水淡化
学校:东港海事
班级: 三乙
作者: 育名 亿
一,前言
海水淡化的原
海水或盐水淡化( Desalination )系一种水处 技术,其原 乃是 用能源将盐水( Saline
Water )分 成 部分,一部分为含盐极低的淡水( Fresh Water ),另一部分则为含高盐
之卤水( Brine ),而由此达成淡化之目的.
海水淡化发展沿革
淡化技术迄今已有五十多 的发展 史.在二次大战期间,各国为 供应在乾燥地区作战的
军队饮水需求,开始重视海(咸)水淡化技术的研究与应用.美国政府於 1950 代成 盐水
中心( Office of Saline Water ),进 淡化技术应用之研究.全世界至 1960 代末期开始有
日产 8,000 吨海淡厂的兴建营运,而薄膜制程一直到 1970 代才达到商业化的运转.
根据国际淡化协会( International Desalination Association, IDA )之统计,截至 2001
底为止,全世界共有 133 个国家应用海水淡化系统,淡化水的日产 (单位机组日产 100 吨
以上者)已达 3,240 万吨.其所产制的淡化水 仅用 供应民生用水,公共给水及灌溉用水等,
也供应一般工业用水.同时,由於淡化水的水质较好,也提供作为高科技半导体厂超纯水的原水.
因此,淡化水的应用可 是非常广泛.在世界上许多 海的民主先进国家或地区,海水淡化已经
成为与传统水源同样重要的新兴水源,将海水淡化用 做为有效缓和或解决水资源供需失衡的方
案.
海水淡化 用概况
早期海水淡化的应用大都集中在乾燥且缺水的中东地区.如今,随著全世界人口的成长及工商业
的发展,各国的用水需求快速增加,在传统水源开发的成本与困难 逐 增加以及水资源供需情
势日益紧张的情形下,各国纷纷开始寻找新的水源,其中应用淡化技术 开发辅助水源为各先进
国家最常采用的方法.除中东,欧美,以及大部份岛屿国家外,亚洲国家如日本,新加坡,南韩,
中国大 与印尼等也都已积极发展或应用海水淡化.
二,本文
全世界一百二十多国采用海咸水淡化技术取得淡水,淡化机组总共可处 约二千 百万吨以上之
淡化水,其中海水淡化约占有三分之二之比 ,剩下三分之一是咸井水淡化.根据统计,海水淡
化之机组与生产 以每 百分之十以上的速 在增加.亚洲国家如日本,新加坡,南韩,中国大
与印尼等也都已积极发展或应用海水淡化做为替代水源,以增加自主水源的 .台湾地区已
经使用海水淡化技术之地区主要以 岛为主,计有澎湖, 门及马祖等地区(详表一),而台湾本
岛则尚在规划当中.台湾本岛之水资源在开发规模逐渐缩小的政策下,水资源之短缺将 为严
重.对此,在多元化水资源供给的目标下,海水具有取之 竭之特性,其担负生产大 淡水的使
命也就逐渐增加.
近 淡化技术已经有相当的进步,对於增加产水 ,节约能源, 低结垢等有很大的改善,至
於淡化所需之材 也 於取得,使用寿命也逐渐延长,相对的,单位产水价格也就日渐 低.总
而言之,就是海水淡化规模愈 愈大,耗能愈 愈低,成本愈 愈合 .尤其, 是以鼓 民间
企投资兴建营运模式(BOO或BOT)推动,其成本 是具有商业化的潜 ,目前全球已有三十多
个个政府与企业共创双赢的海水淡化成功案 .
1,国际海水淡化推 现况[1]
A,沙乌地阿 伯
地处沙漠地区, 雨 仅一百公厘,水资源有限,海水淡化为唯一可大 供应工业及民生用水
的水源.截至目前,沙国政府已投资约新台币三千 百亿元,总共兴建一千二百 十座海水淡化
厂,每日产水 近七○五万吨,供民生使用占百分之九十 ,供工业使用占百分之四.其海水淡
化厂 为世界第二位,但每日产水 为全球第一.能源取得大部分均 用邻近电厂之低压蒸气
及电能.至於海淡厂的卤水排放, 用先进排放口设计或稀释

D. 净水机网

找净水机网站的话 我觉得有个网站非常不错 叫直饮机网，好像上面有介绍国内比较知名的净水器生产商，如：泉来，美的，净之泉等

我国家用净水器的工艺特点

1.周玲玲 2.武道吉 3.张永吉

1. 哈尔滨工业大学 市政环境工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150090;
2. 山东建筑大学市政与环境工程学院, 山 东 济南, 250101;
3. 同济大学环境科学与工程学院, 上海, 200092

1 前言:概述了以活性炭和膜过滤技术为核心的家用净水器的净水工艺及净水效果,并介绍了以这两种工艺 为基础的复合型家用净水器净水工艺.针对我国现今净水器发展状况讨论了净水器相关生产标准,管理办 法,并对家用净水器发展方向做了简单展望. 关键词:家用净水器; 活性炭; 膜过滤; 紫外线消毒

2 家用净水器的主要净水工艺及其特点 2.1 活性炭净水器

我国自来水厂大部分仍采用传统的常规处理工艺, 这种净化工艺主要是去除悬浮物, 胶 体和细菌, 而其去除溶解性有机物的效率是极低的, 同时消毒时消毒剂氯会与水中的有机物 反应,生成大量的致癌有机卤化物(三卤甲烷,卤乙酸等);另外随着水源污染的加剧,通过 传统的净化工艺处理的出水已很难满足人们对饮用水水质的要求. 随着人们生活水平的不断 提高,人们对生活质量也越来越重视,对饮用水卫生要求也在不断提高,净水器走进家庭, 已成为现代居民生活的趋势. 家用净水器作为一种微型化的水质深度处理装置. 它的发展速度很快, 其社会需求量也 很大.在当前及今后相当长的时间内,都将有很大的市场潜力,很有发展前景.
对家用净水器的研究与开发始于六十年代, 在七十年代达到高峰并一直持续至今. 现在 对家用饮水净水器的研究主要是除有机物与无机污染物和除菌. 按工艺流程, 其净水技术主 要有以下几种:
活性炭是目前所有饮用水深度处理技术应用最广泛的一种深度处理技术, 可经济有效地 去除嗅,味,色度,氯化有机物,农药,放射性有机物及其它人工合成有机物,且生产方便. 活性炭是一种多孔性物质, 内部具有发达的孔隙结构和巨大的比表面积. 其中微孔构成的内 表面积占总面积的 95%以上,活性炭对有机物的去除主要是微孔吸附作用.活性炭的孔径 特点决定了它对不同分子大小有机物的去除效果不同. 活性炭的孔隙一般可分为大孔, 过渡 孔和微孔.大孔主要分布在活性炭表面,对有机物的吸附作用甚微.过渡孔是水中大分子有 机物的吸附场所和小分子有机物进入微孔的通道.微孔则是活性炭吸附有机物的主要区域. 炭粒之间形成了具 压缩活性炭棒是将细炭粉经过烧结加以粘合剂压缩而成的活性炭体, 有特定孔隙分布的立体交错的网状结构. 通过粉状活性炭的吸附作用可将水中的浊度, 有机 物等去除, 通过压缩活性炭棒的立体网状结构所具有的筛分作用又可以截留大分子物质, 细 [1] 菌等.试验表明 :采用压缩活性炭棒联用技术的家用净水器安全性高,这种净水器发展 前景广阔.试验结果显示,这种净水器对高锰酸盐指数,浊度,色度,细菌总数,大肠菌群, NH3—N等水质参数去除效果明显.
项目来源:国家科技重大专项资助(No. 2008ZX07421-002; 2008ZX07422-005)

2.2 膜过滤净水器

以超滤膜为主。

2.3 复合型净水器

膜过滤技术是以高分子分离膜为代表的一种新型的流体分离单元操作技术. 膜过滤法的 最大特点是分离过程中不伴随有相的变化, 仅靠一定的压力作为驱动力就能获得很高的分离 效果,是一种非常节省能源的分离技术.膜分离技术在饮用水深度处理中有广泛的应用,根 据膜孔径大小可分为微滤(MF,孔径 0.1—10m),超滤(UF,孔径 0.001—0.1m),纳滤(NF, 孔径 0.0005—0.005m)和反渗透(RO,孔径 0.0001—0.001m)等. 在选择膜时,应根据需要和进水水质选择适当的膜,膜孔径大了则影响出水 效果,不 能满足需要,膜孔小了,则所需工作压力高,且通量低,易堵塞,从而大提高了成本. 纳滤膜是在80年代后期研制开发的一种新型的分离膜,由于纳滤膜平均孔径在1~3纳米 之间而且其工作压力一般为0.5～2.0MPa故又称为超低压反渗透膜.纳滤孔径范围介于反渗 透膜和超滤膜之间, 对污水中分子量为数百的有机小分子具有分离特性, 有效截留分子量界 限约为200~1000.通过纳滤膜能保留大多数人体必须的无机离子,出水效率高[6,7]. 由于纳滤膜特殊的孔径范围和制备时的特殊处理(如复合化,荷电化) ,使得纳滤膜具 有较特殊的分离性能,在脱色和去除有机物(TOC) ,饮用水中加氯前三卤代烷(THA)前 驱物(腐植酸和灰黄霉酸) ,海水中的硫酸盐,水的硬度以及地下水中的硝酸盐,放射物质 [7] 和硒等方面效果显著 .
面对越来越严重的水污染, 依靠单一的活性炭吸附或膜过滤已无法使水净化到理想的效 果,因此复合型净水器得到发展. 复合型净水器由两种或两种以上净水材料组成, 但不是简单的不同净水工艺相叠加, 而 是优势互补,相互影响以达到较理想的净水效果. 常见复合型净水器的净水流程有以下几种[8]: I. 进水→载银活性炭→微滤(超滤)→出水 II. 进水→载银活性炭→阳离子交换树脂→微滤(超滤)→出水 III. 进水→2UM 膜微滤→活性炭→0.2UM 膜微滤(超滤)→出水 IV. 进水→PP 熔喷滤蕊→微滤(超滤)→出水 V. 进水→微孔陶瓷→活性炭→阳离子交换树脂→出水

活性炭纤维是有机炭纤维经活化处理后形成的一种新型吸附材料,具有发达的微孔结 构,巨大的比表面积,以及众多的官能团.其吸附速率较颗粒活性炭快得多,再生时也易脱 附. 由于表面大量的含氧官能团使活性炭纤维对某些极性吸附质具有特殊的吸附能力, 这有 [2] 利于去除水中的氯仿 . 活性炭净水器在运行中也存在一些问题, 如果进水存在氨氮, 则出水亚硝酸盐浓度会有 所增加,这是由于活性炭层中发生了生物氧化——硝化作用.另外,活性炭使用后,被活性 炭吸附的有机物会成为细菌繁殖的温床而使出水中细菌增多. 在活性炭上渗银能起到杀菌和 + 使蛋白质凝固, 抑制细菌生长的作用, 这主要是由于 Ag 对组成细菌的蛋白质酶有破坏作用, 因而使菌体弯曲变形而死亡[3],但如果渗银活性炭质量不过关则会出现漏银现象,使出水银 离子浓度超出国家相关用水标准, 而且渗银活性炭的消毒功效不能持久. 对于在活性炭使用 后其上繁殖的细菌会使出水细菌总数往往会超标, 建议后置消毒设备, 以保证出水能够生饮. 有些净水器安装了三碘树脂消毒剂, 这会使运行初期水呈黄色或甚至红色, 而且可能使水中 [4] 的碘含量超标,人体摄入过多的碘则能引起高碘甲状腺肿 ,如果有条件的话,最好采用紫 外灭线消毒[5].

VI. 进水→磁化→活性炭→微滤→矿化→磁化→出水 可以看出复合型净水器主要是利用活性炭去除余氯,有机致突变物,色度,异味,以膜 过滤去除悬浮颗粒及微生物;以阴阳离子交换树脂降低水的硬度,铁,氟等,从而达到净化 水质的目的. 复合型净水器由于其价格适中,操作简便,处理效果好而成为当前净水器发展的热点. 3 当前净水器存在的主要问题 1)由于净水器是最近几年才快速发展起来的,所以其相关国家卫生标准,净水器材料 使用要求,出水水质,管理办法等法律法规还有待完善; 2)对净水器的科研投入不够,这主要由于净水器量产的规模还不够,大型净水器企业 还不成规模,这就造成了净水器的生产过程规范化程度不高,处理工艺也大同小异.相信净 水器的巨大商机及对其加大科研而带来的远期效益会促使各方加大对净水器的科研的投入; 3)有些净水器存在二次污染的问题,如有些净水器刚开始运行时效果还很明显,但时 间长了,诸如出水总细菌数超标等问题出现了,所以在设计时应从长期来考虑.

参考文献
2002,29(8):61-64 [3] 王岭. 载银活性炭的研究.净水技术[J]. 1994 (2):9-14 [4] 朱惠刚. 净水器的净水效果.环境与健康杂志[J]. 1994,11(9):186-189 [5] 岳舜琳. 家用净水器的选择. 技术交流[J],2004,7:34-35 [6] 李卉, 李光明. 纳滤膜在水处理中的应用. 江苏环境科技[J], 2006,19(2):130-132
家用净水器市场的巨大潜力必将推进其快速发展,对于发展方向,笔者认为: 1) 加速推进净化材料的发展,一方面新型的净化材料必将大大提高出水水质,另一方 面随着材料制造工艺的发展, 必将大幅降低净水器的总体成本, 这无疑加速了净水器的推广. 2) 根据不同进水水质及不同需求优化处理工艺.水质一般因地而异,如我国北方水质 硬度大,而南方水质有机物污染严重故宜采用不同的工艺. 3) 防止净水器带来二次污染,如净水器上细菌的生长会使出水总细菌数超标,渗银活 性炭若质量不过关则会出现漏银现象, 三碘树脂消毒剂使用不当能使水中的碘含量超标, 反 渗透处理效果虽好, 但同时也将原水中对人体有益的矿物质和微量元素也几乎全部去除, 故 应采取相关措施防止由净水器本身所带来的不利影响. 4) 纳滤由于其工作压力要求低,可直接用自来水压力,而且纳滤能去除水中的各种悬 浮物,胶体,大分子,有机物,微生物,病毒等,也能去除对人体危害较大的卤代有机物和 部分大基团的无机盐, 其应用前景巨大. 5) 在消毒方面,紫外线消毒发展空间巨大.传统的加氯消毒会产生致畸,致癌,致突 变的消毒副产物 (DBPs) 对人体健康的潜在影响极大, , 而臭氧消毒也由于其制取设备复杂, 运行费用高,消毒后也可能存在 DBPs,因而没有得到推广.紫外线消毒不仅不需投加任何 药剂,而且不产生 DBPs,杀菌速度快,灭菌率高,管理和自动化程度高,是一种绿色的消 毒方式.
[1] 解磊, 杨秀妍, 白景峰等. IBAC—压缩活性炭棒联用技术家用净水器的可靠性研究应用科技. [2] 孙治荣 范延臻 王宝贞.国内外饮用水净水器的发展现状评述[J].哈尔滨建筑大学学报. 1999,4(32):61-64
[7] 卢红梅. 纳滤膜的特性及其在国内水处理中的应用进展.过滤与分离[J], 2002,12(1):38-41 [8] 李长青, 王明法, 吴小辉等. 国产家用净水器现状和发展. 中国公共卫生[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. 非金属矿物直接制备高性能材料的关键技术及发展方向

杨华明 邱冠周 王淀佐

（中南大学资源生物学院，湖南 长沙 410083）

摘要 资源、材料一体化的核心是开发矿物资源直接制备高性能材料的共性技术和建立相关的基础理论，并形成矿物材料新型学科体系。矿物资源精加工涉及超微细、高纯化、表面改性和功能化技术。矿物材料在高新材料、环保工程、电子信息、汽车材料等领域获得非常广泛的应用。本文重点分析矿物性能与其应用特性的关系，详细阐述了矿物超微细加工、形态处理、机械化学改性、电磁辐射、表面处理和掺杂复合等功能化加工技术，指出基于矿物特性的功能矿物材料的开发与设计是矿物材料学科体系和产业化的重点发展方向。

关键词 非金属矿；精加工；功能化技术；矿物材料。

第一作者简介：杨华明，博士、中南大学教授、博士生导师。主要研究领域为矿物资源精加工、功能矿物材料和无机非金属材料。电话：0731-8830549，E-mail：[email protected]。

一、前言

传统的矿物加工主要是为化工、冶金等工业部门提供合格的矿物原料，而不涉及矿物资源加工成材料。现代高新技术的发展对材料性能提出了更高的要求，而矿物所具有的吸附、交换、催化、助熔、增韧、补强以及光、电、磁、热、声等性能，及其在各种物理、化学场作用下的变化为开发新功能、新用途的矿物材料打下了基础。通过物理和化学加工，将矿物直接制成功能材料，并用改性、掺杂技术赋予相应的功能，以实现资源、材料的一体化，为传统矿物加工行业的技术升级和新型功能材料的制备提供了全新的思路。

矿物材料学科是结晶学、矿物学、矿物加工学、材料科学和化学科学等多学科交叉、融合产生的新的学科生长点，是目前最活跃、最有生命力的新兴边缘学科之一。矿物材料是高技术新材料的重要组成部分，国家发改委出台的《当前国家优先发展的高技术产业化重点领域指南》中涉及材料类的22个领域中，矿物材料占了11个。

研究和应用表明，功能矿物材料具有普通材料无可比拟的可加工性、高性能和实用性，由此形成的一系列新产品、新功能也给矿物加工行业带来了无限生机；与材料学、化学化工、固体物理、机械学、环保、高效农业等多学科知识相结合，并与现代生物技术、纳米技术和信息技术融合，这些内容形成了新的学科方向。国内外在功能矿物材料、超微细粉体制备、矿物材料结构和纳米矿物等高附加值利用的许多方面做了大量的工作，开发的一些产品已投入工业化生产；利用矿物特性并结合现代新技术开发了纳米塑料、纳米橡胶、纳米介孔材料等新型材料，将传统材料提高到一个更高的层次——性能更优良、应用更广泛的水平上；与此同时，对机械化学、机械电化学、超微细加工、界面化学、掺杂改性等过程的理论问题进行了深入的探讨，建立了一系列理论体系，推动了该领域的迅速发展。

二、矿物特性与应用性能

矿物特性的研究、表征，以及对矿物材料性能与基本特性、结构、形成机制之间关系的提示和诠释，是矿物材料研制和开发的基础。矿物的物理化学特性决定了它的用途，现代测试技术的发展，使人们对矿物吸附、交换、助熔、增韧、补强以及光、电、磁、声、核辐射、表面、界面等特性及其在各种物理、化学场作用下的变化研究变得更为直接和富有成效。一些具有吸附、交换、催化、增强、生物相容性等功能的矿物材料，特别是具有感知、响应、预警等信息功能的矿物材料（如湿敏、热敏、压敏、光敏、隐身、抗菌、红外辐射、光电转换等功能）将会受到高度重视和研发应用。在建筑领域，新世纪的建材向更加舒适、安全、节能、保健等多功能的“生态建材”方向发展；在新型建材开发中，某些矿物材料必将在轻质、保温、绝热性能方面扮演十分重要的角色；矿物材料目前也已用于西部土壤固化和沙漠治理。

三、矿物材料的超微细加工

随着科技的发展，需要既能适应高温、高压、高硬度条件，又具有能发光、导电、电磁、吸附等特殊性能的材料。超微细粉体材料的研究开发受到各国重视。英国成立了新型先进材料制造技术中心，研究超微细粉体材料；韩国科学技术研究院提出的科技发展战略及五年发展计划中，也列出了超微细粉体材料；美国20世纪90年代初就把纳米（超微粉）技术列入“政府关键技术”及21世纪初的重要研究方向。

（一）超微细矿物粉体的广泛用途

超微细矿物材料在造纸、油漆、塑料、轻工、冶金等工业中用作填料和功能材料；在涂料、颜料中作阻燃剂；在电子、航空工业尖端等领域中还可作电容器材料、敏感元件材料、超硬材料、超导材料及光、电、磁、波的吸收材料等。无机超微细粉体材料的使用使其价值大幅度提升。

超微细粉体材料或颜料加到油墨或油漆中时，可使色彩艳丽而发光。纳米级白炭黑能赋予橡胶极高的抗张强度、抗撕裂性和耐磨性。超微细Fe₂O₃磁粉用在录音带或录像带中，信息储存量比普通磁粉高10倍。随着粒径的减小，比表面积增大，材料机械性能、热传导性能比一般材料优异。

（二）超微细矿物粉体的发展动态

1.超微细化

十多年前超微细粉体材料的研究对象是1μm以上的粉体，近年来超微细粉体材料的研究已进展到纳米级。随着颗粒度变小，其本身性能增强，并可使光、电、磁特性兼于一身。表1列出了矿物颗粒加工深度与应用范围的关系。

表1 矿物颗粒加工深度及应用范围

2.高纯化

高纯化是为了排除外来杂质的干扰，实现物质本身的特性。高纯度产品可产生巨大增值，99.998%的ZrO₂价格为普通耐火材料用ZrO₂价格的300多倍，是电子材料用ZrO₂价格的50多倍。高纯重晶石［w（BaSO₄）＞99%］已用于制备高性能导电材料，广泛用于导电塑料、导电橡胶和导电涂料等，在航空航天、精密电子、通信技术等领域获得广泛应用。

3.功能化和复合化

功能化和复合化是人们对材料性能追求的结果，也是高新技术发展的需求。如新型毛细管状苯乙烯-二乙烯基本离子交换树脂中Fe₂O₃构成的磁性材料，在室温下具有极强的磁性，而且有良好的光透明性。由于具有这种特殊功能，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，科技的发展需要各种功能的材料；复合的目的是人为地赋予材料新的功能。例如含有氧化锑的亚微米级氧化锡，不但导电而且透明。

4.精细化

材料的精细化是指粉体性能的精细化，如对其颗粒度、粒度分布、颗粒形状、比表面、孔容、孔径、晶相、导电、磁性、光吸收、光导等一系列性能，对不同粉体有不同的要求。封装SiO₂不同的形状，会产生不同的效果。

四、矿物颗粒的形态处理

非金属矿物的颗粒形态处理通常是矿物材料加工的一个重要内容。矿物颗粒形态处理的关键是在粉碎、磨剥解离或松解过程中，要最大限度地保护和展现矿物晶体结构特征。在形态处理的同时也包含矿物精选。颗粒的形态处理与矿物精加工密不可分。

（一）充分发挥矿物材料的颗粒形态特性

颗粒形态对材料性能与质量有明显影响。制造云母增强塑料（聚丙烯PP）时，使用200-HK云母粉（-62μm占45%，径厚比50）与使用同样比例的325-S云母粉（-62μm占84%，径厚比30）相比，其制品抗拉强度提高8%，弯曲强度提高8.75%，比未使用云母增强的聚丙烯（PP）制品强度分别提高34%及43.75%。

用同一种矿物原料生产不同材料时，对矿物颗粒形态的要求也不同。制造石棉水泥制品时要求增强纤维中含有一定量的硬结构纤维，以利于纤维分散及成型脱水过滤，并改善刚度，纤维长径比25～80效果较好。生产石棉纺织制品时则要强调纤维的可纺性，其长径比一般大于1000。矿物颗粒的形态处理方法及功能见表2。

表3 一些矿物的化学气相沉积沉积条件

在矿物表面覆盖涂层实现矿物材料性质的变化，目的是提高矿物材料的外观装饰性或抗氧化性等，提高其应用性能。如利用金属化合物发生水解反应而在云母表面沉积出金属氧化物颗粒，制成珠光云母。

通过改性剂在矿物颗粒表面的作用，使矿物表面具备与有机基体亲和力强的能力，改善复合材料性能。常用的改性剂有各种偶联剂、表面活性剂、有机硅、聚烯烃低聚合物等。研究表明，改性剂与矿物表面的作用以化学键合为主，氢键作用、物理吸附也有报道。为了解释矿物材料与有机基体之间界面结合的力学形态，提出了可变形理论和约束层理论。改性剂处理主要用来生产在塑料和橡胶中使用的以补强作用为目的的矿物材料。

八、矿物材料的掺杂和复合技术

掺杂复合始终是矿物材料研究中的重要课题，对新材料的研究，主要是关于材料掺杂改性的掺杂剂选择、掺杂方法的实验、合理的掺杂含量确定等实验和理论上的研究。在理论方面，人们往往是应用量子力学理论计算杂质能级、点缺陷形成能和掺杂引起的能带结构的变化，应用量子化学理论计算杂质的键价与材料结构的关系等。

掺杂复合过程不仅仅是单纯的物理、化学过程，还包含晶体结构的变化，涉及固体物理、结构化学、表面化学等诸多学科。矿物颗粒直接或在化学处理过程中通过掺杂（加入掺杂剂）可改变矿物的结构，实现电、磁、光等功能。常用的掺杂方式主要有直接添加、反应（如共沉淀）掺杂、高能辐照掺杂等。复合主要集中在复合材料的制备。

研究重点是掺杂剂的设计、最佳掺杂量的计算和材料应用性能的开发。

九、矿物材料的发展前沿

对材料加工和性能的高要求使矿物材料的发展日新月异，高新技术的渗入和多学科的交叉引发矿物材料物理加工许多新的思路。矿物材料的结构、尺度与物化性能的基础研究，从矿物成分的离子价态、配位、局域、对称、有序度、键性、电子构造、磁性、电荷密度分布，到矿物的原子与电子结构、分子结构、晶体结构、相结构、晶粒结构、表面与晶界结构、缺陷结构等；从纳米以下、纳米、微米到毫米及更宏观的结构层次，研究矿物材料的物化性能，为矿物材料研究提供基本信息。

矿物材料学是以工业矿物学、工艺矿物学为前驱发展起来的新兴边缘应用学科，目前基本局限于最简单的初级利用和简单的粗加工阶段。随着国民经济的发展，这种状况远远满足不了要求，这预示着要向其纵深方向的发展，必须进行精细加工。受启于新型碳材料的发展，我们认为必须进行原子、分子尺度上的结构工程研究。二次世界大战后，经济飞速发展的一个重要原因就是受益于对具有高附加值的矿物材料深加工研究。所以，矿物材料的研究前沿核心在于以下两个方面：①从矿物材料最本质的结构出发，研究和开发高附加值、超性能的新材料。在矿物结构基础上进行分子、原子工程修饰，改变结构、提高矿物材料的性能，从而创造新材料，提高性价比。②研究矿物晶体结构与材料性能的关系，创造出新型纳米级结构功能材料。从矿物晶体结构上进行的工作已经能够证明这一点，包含、再生和环带结构已经被用来制造微型电容器，内部颗粒导电、外部环不导电就会产生千万个微型电容器微观组合，在功能材料方面得到极好的应用。这主要是从对矿物岩石颗粒晶界、晶粒结构的研究而得到的成果。是否可以从矿物的双晶结构制造出新型功能材料，主要应依据组成双晶的各部分的结构和性能差异来考虑，这个思路将使人们进入极为灵活美妙的视域。需要重点研究的方向主要为：

1）开发能制备均一粒径或窄粒级超微细矿物颗粒的物理加工技术和设备，以满足特殊功能的需要，如用于精密机械抛光、光电材料；

2）开发能保持层状、多孔等特殊矿物结构原状的加工技术，充分发挥材料的功能；

3）矿物材料的复合技术，与聚合物、纳米材料的复合，复合技术的界面研究；

4）矿物的微观结构与应用性能研究；

5）物理加工中掺杂剂、改性剂的结构设计和结构-性能定量关系的研究；

6）纳米层次矿物材料的结构、性能研究和应用开发。

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. 蛋白棉多久换一次

前言：现在市面上很多水族用的净水产品，不仅是沾上水族以后就身价倍增，甚至打着高科技、黑科技的旗号忽悠鱼友们。因此，我们在选择这类水族产品的时候一定要擦亮眼睛，仔细斟酌，多听多问……不能只看宣传，要眼见为实；不能只听商家忽悠，应该多听听鱼友的实际使用感受。

鱼友们可用于净水的产品不少，近几年出现的蛋白棉就是其中比较受欢迎的产品之一，既然能得到鱼友们的接纳和欢迎，必然就有其独到或是过人之处。蛋白棉我实际使用过多次，至少在净水的功能上确实是有效果的。下面我就来和大家聊聊蛋白棉，到底蛋白棉是什么？长啥样？怎么样？

蛋白棉是什么？
首先我们来了解一下蛋白棉：蛋白棉其实就是一种树脂。在化学上代号为“D301”的树脂。这是一种弱碱性阴离子交换树脂，在水中离解出弱碱性的OH⁻离子根，可以起到吸附作用，所以一直以来都被广泛应用在污水处理工序上。

树脂的分子模型

蛋白棉净水的原理：
蛋白棉用于水族的净水通常是处理鱼缸的黄水，这是利用其吸附作用，也是一种交换反应。蛋白棉里的离子通过交换水中固体离子，同时释放一个等价弱碱性OH⁻离子出来。当然，同时也能吸附水中杂散离子，从而达到净化水的目的。

既然是交换的过程，那么，很明显，蛋白棉在去除黄水的同时，极有可能会将水中酸分子吸附，交换酸性离子释放碱性离子，结果就肯定会导致水体PH值的改变！我们常说的跌酸也就是这个原理，因此，在使用蛋白棉净水的时候我们需要谨慎，否则虽然水是变清了，但是水的酸碱度激烈动荡造成的水质变化，进而导致水里生物产生健康问题就得不偿失了。

使用蛋白棉需要注意的地方：
蛋白棉不建议放在网眼细小的进水口、前置桶等地方，否则很容易因为吸附杂物堵塞水流畅通，特别是用在过滤筒里，毕竟你不能直观看到，更换起来也比较麻烦。
因为蛋白棉会改变水体酸碱度，所以只能短期使用，不要长期使用。无论蛋白棉放在鱼缸哪个位置，一旦净水效果显现以后就要拿出来，附带少量换水保持水质的酸碱度基本不变。

【综述】
理论上，蛋白棉直接放到鱼缸里也没有什么问题，不过我不建议这么做。如果小鱼缸，没有条件单独放在水流循环的地方，那么，一定要记得：你不能把蛋白棉长期放在鱼缸里，否则水清了，鱼也挂了。

蛋白棉有个优势，我们可以多次重复使用。所以，虽然优质的蛋白棉在价格上稍微有点贵，但，总体上看，蛋白棉也算是经济实惠的净水产品。你使用过，已经饱吸杂质后变色的蛋白棉，用高浓度盐水充分浸泡一天，清水再浸泡一天充分稀释盐分后还可以继续使用。

蛋白棉用于净化鱼缸黄水、绿水等水体浑浊时确实是有“奇效”，包括我在内的很多鱼友都屡试不爽。只要知道蛋白棉会引起鱼缸水体的酸碱度改变，相应解决这个问题，那么，蛋白棉的净水作用不是噱头。

总之：合理的使用蛋白棉是能净水的，基于此，蛋白棉不仅是得到鱼友们的认可，也渐渐地得到了包括专业水族玩家在内的大力推崇。希望我的这些经验可以帮助鱼友们对蛋白棉有更进一步的了解吧！

G. 什么是EDI水处理装置

EDI水处理装置是指的EDI模块：

EDI，又称连续电除盐技术，它是将传专统电渗析技术和离子交换技术相结合属，在电场力的作用下，通过阳、阴离子膜对阳、阴离子的选择透过性作用以及离子交换树脂对水中离子的交换作用，使水中离子作定向迁移，从而实现水的深度净化除盐。水电解产生的氢离子和氢氧根离子对树脂进行连续再生，因此EDI模块制水过程不需要酸碱化学再生即可连续制取高品质超纯水。

EDI模块

EDI模块有哪些特点？

1、产水稳定安全，可以进行随时监测保证水质是一直合格的。

2、系统自动化程度高，操作控制简单方便，可以无人化生产，减少了劳动力。

3、连续稳定产水，再生时不需要对设备停机，更加方便快捷。

4、无污染，在生时不需要对其投加化学试剂，因此减少了对环境的污染。

5、成本低。设备经过合理的设计，运行稳定并有效节约了成本。

6、装置结构紧凑减少了占地面积，节省了空间，间接的减少了运行成本。

7、原水利用率高，几乎没有废水的排放。

H. 影响阳离子交换能力的因素有哪些

土壤溶液来中的阳离子进行交自换，称为阳离子的交换作用。影响因素有——（1）阳离子的代换能力随离子价数的增加而增大，因为高价阳离子的电荷量大、电性强所以代换能力也大，各种阳离子代换力的大小顺序：Na+<K+<NH4+<Mg2+<Ca2+<H+<Al3+<Fe3+（2）等价离子代换能力的大小，随原子序数的增加而增大（3）离子运动速度愈大，交换力愈强（4）阳离子的相对浓度及交换生成物的性质。
影响土壤阳离子交换量的因素有:阳离子交换量：每千克干土中所含的全部阳离子总量，以厘摩尔（+）每千克土或 c mol(+)kg的-1次幂表示。影响因素——（1）胶体的种类，有机胶体>无机胶体，有机质高的>有机质低的，次生铝硅酸盐（2:1>1:1）>次生氧化物（2）溶液的pH值（3）土壤质地，质地愈细交换量愈高。