專利名稱：利用電氣石制備富含羥基自由基的弱堿性水的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用天然礦物熱釋電功能材料電氣石制備富含羥基自由基的弱堿性水的 方法，屬于功能晶體材料熱釋電催化化學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
世界衛(wèi)生組織(WHO)根據(jù)對世界長壽地區(qū)的大量調(diào)査結(jié)果進(jìn)行分析，提出優(yōu)質(zhì)飲用水
的其中一條標(biāo)準(zhǔn)是弱堿性的水，pH值呈弱堿性，它可以中和體內(nèi)酸性毒素，調(diào)節(jié)平衡體
液的酸堿性，還可以活化細(xì)胞，提高機(jī)體的自身抗病能力。這就是長壽人健康長壽的秘密。
羥基自由基(，OH)是一種重要的活性氧，從分子式上看是由氫氧根(OH-)失去一個電 子形成。羥基自由基具有極強(qiáng)的的電子能力也就是氧化能力，氧化電位2.8v。是自然界中 僅次于氟的氧化劑。近年來，濃度高且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的有機(jī)廢水不斷出現(xiàn)，如何有效地去除這 些難降解的有機(jī)廢水已經(jīng)成為水處理的熱點(diǎn)問題。利用電生羥基自由基在有機(jī)廢水處理中的 應(yīng)用引起了人們極大的關(guān)注。羥基自由基(。H)因其有極高的氧化電位(2.8V)，其氧化 能力極強(qiáng)，與大多數(shù)有機(jī)污染物都可以發(fā)生快速的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，無選擇性地把有害物質(zhì)氧化成 C02、 H20或礦物鹽，無二次污染。目前國內(nèi)外有不少研究者進(jìn)行利用心H處理有機(jī)廢水 的研究。產(chǎn)生。H的途徑較多，主要有Fenton法、氧化絮凝法、臭氧法、超聲降解法和光 催化法。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，環(huán)境污染特別是水污染問題愈加嚴(yán)重，環(huán)境保護(hù)和水處 理問題愈來愈引起人們的重視，亟待開發(fā)簡單、高效、天然、綠色、環(huán)保有益于人們生活健 康的水處理技術(shù)來獲得弱堿性水和產(chǎn)生羥基自由基。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種利用電氣石制備富含羥基自由基的弱堿性水 的方法。
發(fā)明概述
本發(fā)明利用天然礦物熱釋電功能材料電氣石的熱釋電催化作用，通過電氣石對水的作 用獲得弱堿性水，并在溫度的漲落作用下利用電氣石對水的熱釋電催化作用產(chǎn)生羥基自由 基，最終獲取pH值在7.00 8.55之間的弱堿性水并富含羥基自由基(活性氧)，該方法具 有成本低廉、操作簡便、綠色環(huán)保、無毒、無污染和可長期重復(fù)使用的優(yōu)點(diǎn)。
發(fā)明詳述
本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種利用電氣石制備富含羥基自由基的弱堿性水的方法，步驟如下
(1) 按1 100g/L的添加量向水中加入電氣石粉，攪拌制成懸浮液，pH值在7.00 8.55之間，
(2) 然后對步驟(1)制得的懸浮液升溫至78 82'C保持8-IO分鐘，冷卻至室溫，如
此反復(fù)循環(huán)25-30個周期。通過反復(fù)升溫、降溫可利用電氣石對水溶液的熱釋電催化作用產(chǎn)
生羥基自由基，在熱釋電催化反應(yīng)過程中可通過攪拌使水溶液保持懸浮狀態(tài)。
匕述步驟(2)中的升溫采用電加熱、蒸汽加熱、或者利用太陽光照射自然采暖方式均
可，
上述步驟(2)中的冷卻至室溫可以通過循環(huán)水冷卻，也可以采用其他便宜的降溫方法 進(jìn)行冷卻。其中優(yōu)選通過循環(huán)水冷卻。
由于羥自由基性質(zhì)極其活潑，半衰期極短，直接檢測生物體內(nèi)的，OH非常困難。因此， 當(dāng)需要對羥自由基進(jìn)行檢測是，可選擇以水楊酸作為捕捉劑，OH攻擊水楊酸生成2,32二 羥基苯甲酸(2 ,32DHBA)和2 ,52二羥基苯甲酸(2 ,52DHBA),利用高效液相色譜技術(shù)(HPLC) 檢測2,32DHBA和2 ,52DHBA間接推測'OH的含量。具體做法是，在上述制備方法的步驟 (1)制得的懸浮液中，按每升懸浮液3 6mg的添加量加入水楊酸，攪拌至完全溶解。在實(shí) 施例中將對此給予更為詳細(xì)的說明。
天然礦物電氣石(Tourmaline)俗稱為"碧璽"。電氣石富含揮發(fā)組分硼和水，多產(chǎn)于 偉晶巖及氣成熱液礦中，變質(zhì)巖和變質(zhì)礦床中亦有產(chǎn)出。電氣石是人類發(fā)現(xiàn)最早的壓電、 熱釋電材料。其壓電性可用于無線電工業(yè)；其熱釋電性可用于紅外探測、制冷業(yè)。色澤鮮艷、 清徹透明者可作寶石原料(俗稱碧璽)。
本發(fā)明則是將天然礦物電氣石應(yīng)用到熱釋電催化化學(xué)領(lǐng)域，利用了天然礦物電氣石獨(dú) 特的晶體結(jié)構(gòu)和熱釋電性的特點(diǎn)。在電氣石的結(jié)構(gòu)中存在大量羥基，電氣石表面在粉碎過程 中造成的價鍵斷裂、電氣石在水溶液中表面金屬陽離子缺失等原因在電氣石微粒表面又形成 大量羥基，從而導(dǎo)致水溶液呈弱堿性。而且由于電氣石本征結(jié)構(gòu)具有單向極軸結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)， 結(jié)晶完好的單個顆粒可以視為單疇化的鐵電體，在熱平衡狀態(tài)下，靠近極化矢量兩端的表面 附近出現(xiàn)束縛電荷，這些束縛電荷被等量反號的自由電荷所屏蔽，在環(huán)境溫度漲落的條件下， 極化強(qiáng)度隨著溫度的變化而發(fā)生變化，原先的自由電荷不能再完全屏蔽束縛電荷，于是表面 出現(xiàn)自由電荷，使得在電氣石微粒帶正電的一端具有較強(qiáng)的獲取電子的能力而具有很強(qiáng)的氧 化能力，可將其表面吸附的OET和H20氧化成'OH羥基自由基。本發(fā)明的方法獲得的弱堿 性水中羥基自由基的產(chǎn)生量范圍在l. 2nmol/L 12. 5 umol/L之間。
本發(fā)明利用電氣石對水的作用獲得弱堿性水，并在溫度的漲落作用下利用電氣石對水 的熱釋電催化作用產(chǎn)生羥基自由基來進(jìn)行水處理的方法成本低廉、操作簡便、綠色環(huán)保、無 毒、無污染、可長期重復(fù)使用和易于推廣的優(yōu)點(diǎn)?？蓮V泛應(yīng)用于治理環(huán)境污染、水處理、殺 毒、抗菌、土壤改性、服裝、裝飾材料等。


圖l為不同用量的電氣石微粉對水溶液pH值的影響。電氣石微粉加入水溶液初期(0 1 分鐘)，溶液的pH值立刻迅速升高，并隨著混合時間的延長(10 20分鐘)達(dá)到基本穩(wěn)定平 衡狀態(tài)；溶液pH值的變化幅度隨著加入電氣石微粉量的增加而變大，但當(dāng)用量大于25克 (500ml)時pH值變化幅度趨于一致。
具體實(shí)施例方式
下面通過實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步闡明。
實(shí)施例l:反應(yīng)通過一個裝有加熱攪拌器的一升的燒杯中進(jìn)行，將一連通自來水的螺旋
管置入該燒杯中，以便降溫時使用。反應(yīng)懸浮液總體積約500毫升。電氣石微粉5克加入水溶 液初期(0 l分鐘)，溶液的pH值立刻迅速升高，并隨著混合時間的延長(10 20分鐘) 達(dá)到基本穩(wěn)定平衡狀態(tài)pH值-8.34。加入10毫克水楊酸至電氣石水溶液中，攪拌至完全溶解， 加熱至8(TC保持10分鐘再通過循環(huán)自來水冷卻至室溫，按此循環(huán)30周期。羥自由基性質(zhì)極其 活潑，半衰期極短，直接檢測生物體內(nèi)的'OH非常困難。以水楊酸作為捕捉劑,利用高效液相 色譜技術(shù)(HPLC)檢測2，32DHBA和2 ,52DHBA間接推測'OH的含量。羥基自由基的產(chǎn)生 量范圍在l. 2nmol/L 4. 5 umol/L之間。
實(shí)施例2:反應(yīng)通過一個裝有加熱攪拌器的一升的燒杯中進(jìn)行，將一連通自來水的螺旋 管置入該燒杯中，以便降溫時使用。反應(yīng)懸浮液總體積約500毫升。電氣石微粉10克加入水 溶液初期(0 l分鐘)，溶液的pH值立刻迅速升高，并隨著混合時間的延長(10 20分鐘) 達(dá)到基本穩(wěn)定平衡狀態(tài)pH值-8.43。加入10毫克水楊酸至電氣石水溶液中，攪拌至完全溶 解，加熱至8(TC保持10分鐘再通過循環(huán)自來水冷卻至室溫，按此循環(huán)30周期。羥自由基性 質(zhì)極其活潑，半衰期極短，直接檢測生物體內(nèi)的，OH非常困難。以水楊酸作為捕捉劑，OH 攻擊水楊酸生成2,32二羥基苯甲酸(2,32DHBA)和2 ,52二羥基苯甲酸(2 ,52DHBA)，利用 高效液相色譜技術(shù)(HPLC)檢測2,32DHBA和2 ,52DHBA間接推測'OH的含量。羥基自 由基的產(chǎn)生量范圍在145nmol/L 6. 5 umol/L之間。
實(shí)施例3:反應(yīng)通過一個裝有加熱攪拌器的一升的燒杯中進(jìn)行，將一連通自來水的螺旋 管置入該燒杯中，以便降溫時使用。反應(yīng)懸浮液總體積約500毫升。電氣石微粉10克加入水 溶液初期(0 l分鐘)，溶液的pH值立刻迅速升高，并隨著混合時間的延長(10 20分鐘) 達(dá)到基本穩(wěn)定平衡狀態(tài)pH值-8.44。加入10毫克水楊酸至電氣石水溶液中，攪拌至完全溶解， 加熱至8(TC保持10分鐘再通過循環(huán)自來水冷卻至室溫，按此循環(huán)30周期。羥自由基性質(zhì)極其 活潑，半衰期極短，直接檢測生物體內(nèi)的。H非常困難。以水楊酸作為捕捉劑，'OH攻擊水 楊酸生成2,32二羥基苯甲酸(2,32DHBA)和2 ,52二羥基苯甲酸(2 ,52DHBA)，利用高效液相 色譜技術(shù)(HPLC)檢測2,32DHBA和2 ,52DHBA間接推測心H的含量。羥基自由基的產(chǎn)生 量范圍在O. 5umol/L 12. 5umol/L之間。
權(quán)利要求
1.一種利用電氣石制備富含羥基自由基的弱堿性水的方法，其特征在于步驟如下(1)按1～100g/L的添加量向水中加入電氣石粉，攪拌制成懸浮液，pH值在7.00～8.55之間，(2)然后對步驟(1)制得的懸浮液升溫至78～82℃保持8-10分鐘，冷卻至室溫，如此反復(fù)循環(huán)25-30個周期。
2. 如權(quán)利要求l所述的利用電氣石制備富含羥基自由基的弱堿性水的方法，其特征在 于步驟(2)中的升溫采用電加熱、蒸汽加熱、或者利用太陽光照射自然釆暖方式。
3. 如權(quán)利要求l所述的利用電氣石制備富含羥基自由基的弱堿性水的方法，其特征在 于步驟(2)中的冷卻至室溫是通過循環(huán)水冷卻。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用電氣石制備富含羥基自由基的弱堿性水的方法。按1～100g/L的添加量向水中加入電氣石粉，攪拌制成懸浮液，然后對制得的懸浮液升溫至78～82℃保持8-10分鐘，冷卻至室溫，如此反復(fù)循環(huán)25-30個周期。本發(fā)明利用天然礦物熱釋電功能材料電氣石的熱釋電催化作用，通過電氣石對水的作用獲得弱堿性水，并在溫度的漲落作用下利用電氣石對水的熱釋電催化作用產(chǎn)生羥基自由基，最終獲取pH值在7.00～8.55之間的弱堿性水并富含羥基自由基(活性氧)，該方法具有成本低廉、操作簡便、綠色環(huán)保、無毒、無污染和可長期重復(fù)使用的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號C02F1/66GK101367577SQ20081015751
公開日2009年2月18日 申請日期2008年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月6日
發(fā)明者杰 展, 蔣民華, 黃柏標(biāo) 申請人:山東大學(xué)