环境矿物学重点

偶联剂是一类具有两性结构的物质，它们分子中的一部分基团可与无机表面的化学基团反应，形成化学键合；另一部分基团则有亲有机物的性质，可与有机分子发生化学反应或产生较强的分子间作用，从而将两种性质截然不同的材料牢固地结合起来，改善无机填料在聚合物基体中的分散状态，提高填充聚合物材料的力学性能和使用性能。

环境矿物学

• 环境矿物材料的定义与分类
  • 环境矿物材料的定义：环境矿物材料是以生态环境功能非金属矿物为原料，采用现代材料制备与复合改性技术加工的、与生态环境具有良好协调性或直接具有防治污染和修复生态环境功能的一类功能材料。
  • 材料“四要素”：使用效能、合成/加工、结构/成分、性能
    • 材料要素间联系：材料的性质取决于其内部结构，只有改变了材料的内部结构才能达到改变和控制材料性能的目的，而材料的合成和加工工艺常常对材料的结构起决定性作用。
  • 发展历程
    • 1、能被直接利用或经过简单的加工处理，即可被利用的天然矿物、岩石；
    • 2、以天然的非金属矿物、岩石为主要原料，通过物理化学反应制成的成品或半成品材料；
    • 3、人工合成的矿物
    • 4、材料的直接利用目标主要是矿物自身具有的物理或化学性质，而不局限于其中的个别化学元素；
  • 特点
    • 1.价格低廉（储量丰富）
    • 2.比表面积大（层状、多孔）
    • 3.环境协调性好（吸附、离子交换）
    • 4.可循环回收（化学性质稳定）
• 环境矿物材料的结构与性质
  • 硅酸盐矿物
    • 滑石Mg3[Si4O10](OH)2
      • 复网层，三八面体
    • 叶蜡石Al2[Si4O10](OH)2
      • 复网层，二八面体
    • 高岭石Al4[Si4O10](OH)8
      • 单网层，二八面体
    • 蒙脱石(Al2-xMgx)[Si4O10](OH)2·（Nax·nH2O）
      • 复网层，Al可被取代
    • 伊利石K1~1.5Al4［Si7~6·5Al1~1.5 O20］(OH)4
      • 复网层，层间有K同下，
    • 白云母KAl2[AlSi3O10](OH)2
      • 复网层，硅氧曾有被铝取代
• 环境污染与治理方法概况
  • 污染的分类
    • 大气污染
      • 1）颗粒污染物 TSP 、PM10、PM2.5
      • 2）气态污染物 污染物 一次污染物 二次污染物 含硫化合物 SO2、H2S； SO3、H2SO4、MSO4 含氮化合物 NO、NH3； NO3、HNO3、 MNO3 碳的氧化物 CO、CO2 ；无 有机化合物 C1-C10化合物 ；醛、酮、O3 卤素化合物 HF、HCl 无
    • 水污染
    • 固体污染物
      • 定义
        • 是指人类在生产、加工、流通、消费以及生活等过程中利用完其使用价值后丢弃的固体状态或泥浆状的废弃物。 另外一个定义：固体废物是指人类在生产建设、日常生活和其他活动中产生的，在一定时间和地点无法利用而被丢弃的污染环境的固体、半固体废弃物质。
      • 处理原则
        • 1、无害化：通过工程处理使固废达到不损害人生健康的标准：垃圾焚烧、卫生填埋、堆肥处理等
        • 2、减量化：减少固体废物的生成量。对工艺进行优化组合，对生成废物进行综合利用。实现绿色工艺，清洁生产
        • 3、资源化：对固废进行综合利用，使之成为可利用的二次资源。
    • 土壤污染
• 典型环境矿物材料之硅藻土
  • 结构
    • 子主题
  • 性质
    • 吸附性能（比表面积大、SiO2表面羟基基团与电负性）； 微过滤性能（多孔、空隙呈有规律分布）；调湿性能；
• 典型环境矿物材料之沸石
  • 结构
    • A型沸石（1:1）
    • X型沸石（1.1-1.5）
    • Y型沸石（>1.5）
    • 八面沸石（）
  • 性质
    • 沸石的性质主要决定于沸石的结构、其中的水分子和阳离子的性质。 （1）阳离子交换性能 应用：使沸石可用于从水中除去Ca、Mg，从废液中除去氨态氮、重金属离子，从放射性废液中除去一些放射性同位素，从海水、卤水、气田中富集钾等
    • (2)选择性吸附性能：优先吸附孔径小、极性强物质。优先吸附SO2、H2O、NOx等，也可用沸石从空气中富集氧、氮等气体。 沸石可大量吸水，可用作干燥剂，能使气体中的水含量达到0.1ppm。 脱除气体中的CO2也是沸石常被利用的功能。如甲烷净化和脱水。
    • (3)分子筛作用 分于师作用用于液体产品脱水(包括醇类、氟利昂及各种有机化合物)，不饱和烃脱水，天然气净化（除去CO2及硫化物）等。
    • (4)脱水-吸水作用 较高的比表面积和孔道的择形作用（分子筛）
• 矿物颜料与填料
  • 
    • 粒径
      • 一般矿物填料的颗粒粒径越小、比表面积越大，与高分子树脂的接触面积也越大，填料与高分子的结合强度将增高，可防止填料的迁移、填料分散均匀稳定，从而可提高塑料和橡胶制品的力学性能。影响到造纸填料、涂料的光学性能、流变性能。
    • 化学成分
      • 耐腐蚀，酸无硅石灰，碱无石英；影响热稳定，不易选择含水氧化铝或三水铝石；某些金属离子，常与有机树脂直接或间接作用，影响了树脂的内部结构。
    • 光学性能
      • 二氧化钛有非常高的折射率，所以二氧化钛是散射率最强的白色颜料 炭黑具有吸收紫外线的功能，在塑料中加入炭黑可大大延缓塑料制品的寿命
    • 热性能
      • 沥青基碳纤维 ------既能发挥塑料耐腐蚀的优点，又具有石墨高热导率的优点，其热导率比任何金属都要高
• 矿物材料加工工艺
  • 超细粉碎的机器（气流磨）
    • 要求非金属矿物填料或颜料的粒度小于10μｍ 甚至更细，气流磨、高速机械冲击磨、搅拌球磨机；精细分级一是确保产品的粒度分布满足应用的需要；二是提高超细粉碎作业的效率。 干法分级：转子 （涡轮）式气流分级机。湿法分级机：超细水力旋流器、沉降式离心机
  • 层间水和结构水和自由水
    • 自由水指不参与矿物的晶格组成，而是以机械吸附的形式存在于矿物中的水，薄膜水、毛细管水、胶体水，吸附水。
    • 以中性分子形式存在于某些具有层状结构的硅酸盐矿物中的层间水，存在于沸石族矿物晶格中的沸石水，它们的性质相似，介于结晶水与吸附水之间。
    • 矿物中的结构水一般是指呈H+、OH-或H3O+的离子状态（较常见的是OH负离子）加入矿物晶格构造的，这些离子在矿物晶格中占有一定的位置，其含量一定，结合牢固
  • 偶联剂的作用
    • 偶联剂是一类具有两性结构的物质，它们分子中的一部分基团可与无机表面的化学基团反应，形成化学键合； 另一部分基团则有亲有机物的性质，可与有机分子发生化学反应或产生较强的分子间作用，从而将两种性质截然不同的材料牢固地结合起来，改善无机填料在聚合物基体中的分散状态，提高填充聚合物材料的力学性能和使用性能。
• 胶凝矿物材料
  • 石灰熟化与硬化
    • 熟化：生石灰（CaO）与水反应生成氢氧化钙
    • 硬化
      • 结晶（失去塑形）石灰浆中多余水 分蒸发或被 砌体吸收，使 Ca（OH）2以 晶体形态析出
      • 碳化（强度提高）空气中的CO2遇水生 成弱碳酸，再与 Ca（OH）2 发生化学反应生成 CaCO 3晶体的过程
• 材料与环境之间的作用原理
  • 吸附
    • 利用吸附剂对液体或气体中某一组分具有选择性吸附 能力，除去有害成分或提取目标产物，使其富集在吸 附剂表面的过程，即溶质从液相或气相转移到固相过 程。
  • 离子吸附原理
• 典型环境矿物材料之膨润土
  • 分类
    • 活化膨润土
      • 酸性活化，可溶性盐
    • 有机膨润土
      • 表面活性剂有机覆盖
    • 交联膨润土
      • 交联剂代替阳璃子
    • 有机交联
      • 有机物引入交联
  • 性质
• 保温隔热矿物材料
  • 保温隔热材料是指对热流具有显著阻抗性的材料或材料复合体。功效性能，取决于材料导热系数的大小，导热系数越小其保温隔热的功效性能越高。
  • 纤维型保温隔热材料：天然矿物纤维：纤维水镁石、纤维海泡石、石棉。人造矿物纤维：岩棉、矿渣棉、玻璃棉 多孔型保温隔热材料：膨胀珍珠岩；硅藻土；膨胀蛭石
• 电功能矿物材料
  • 材料导电率的大小由带电粒子浓度和迁移率决定。带电粒子可以是电子、空穴和各种离子 。 因此 ,材料导电率是上述各种粒子导电率的总和
  • 电子导电型电解质作为电池材料主要是阴极 ; 离子导电型固体电解质材料主要是阳极
  • 介电常数变化大的是两类矿物 — — —硫化物和氧化物 。