专利名称：利用电气石制备富含羟基自由基的弱碱性水的方法
技术领域：
本发明涉及一种利用天然矿物热释电功能材料电气石制备富含羟基自由基的弱碱性水的 方法，属于功能晶体材料热释电催化化学领域。
背景技术：
世界卫生组织(WHO)根据对世界长寿地区的大量调査结果进行分析，提出优质饮用水
的其中一条标准是弱碱性的水，pH值呈弱碱性，它可以中和体内酸性毒素，调节平衡体
液的酸碱性，还可以活化细胞，提高机体的自身抗病能力。这就是长寿人健康长寿的秘密。
羟基自由基(，OH)是一种重要的活性氧，从分子式上看是由氢氧根(OH-)失去一个电 子形成。羟基自由基具有极强的的电子能力也就是氧化能力，氧化电位2.8v。是自然界中 仅次于氟的氧化剂。近年来，浓度高且结构稳定的有机废水不断出现，如何有效地去除这 些难降解的有机废水已经成为水处理的热点问题。利用电生羟基自由基在有机废水处理中的 应用引起了人们极大的关注。羟基自由基(。H)因其有极高的氧化电位(2.8V)，其氧化 能力极强，与大多数有机污染物都可以发生快速的链式反应，无选择性地把有害物质氧化成 C02、 H20或矿物盐，无二次污染。目前国内外有不少研究者进行利用心H处理有机废水 的研究。产生。H的途径较多，主要有Fenton法、氧化絮凝法、臭氧法、超声降解法和光 催化法。随着我国经济的快速发展，环境污染特别是水污染问题愈加严重，环境保护和水处 理问题愈来愈引起人们的重视，亟待开发简单、高效、天然、绿色、环保有益于人们生活健 康的水处理技术来获得弱碱性水和产生羟基自由基。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种利用电气石制备富含羟基自由基的弱碱性水 的方法。
发明概述
本发明利用天然矿物热释电功能材料电气石的热释电催化作用，通过电气石对水的作 用获得弱碱性水，并在温度的涨落作用下利用电气石对水的热释电催化作用产生羟基自由 基，最终获取pH值在7.00 8.55之间的弱碱性水并富含羟基自由基(活性氧)，该方法具 有成本低廉、操作简便、绿色环保、无毒、无污染和可长期重复使用的优点。
发明详述
本发明的技术方案如下
一种利用电气石制备富含羟基自由基的弱碱性水的方法，步骤如下
(1) 按1 100g/L的添加量向水中加入电气石粉，搅拌制成悬浮液，pH值在7.00 8.55之间，
(2) 然后对步骤(1)制得的悬浮液升温至78 82'C保持8-IO分钟，冷却至室温，如
此反复循环25-30个周期。通过反复升温、降温可利用电气石对水溶液的热释电催化作用产
生羟基自由基，在热释电催化反应过程中可通过搅拌使水溶液保持悬浮状态。
匕述步骤(2)中的升温采用电加热、蒸汽加热、或者利用太阳光照射自然采暖方式均
可，
上述步骤(2)中的冷却至室温可以通过循环水冷却，也可以采用其他便宜的降温方法 进行冷却。其中优选通过循环水冷却。
由于羟自由基性质极其活泼，半衰期极短，直接检测生物体内的，OH非常困难。因此， 当需要对羟自由基进行检测是，可选择以水杨酸作为捕捉剂，OH攻击水杨酸生成2,32二 羟基苯甲酸(2 ,32DHBA)和2 ,52二羟基苯甲酸(2 ,52DHBA),利用高效液相色谱技术(HPLC) 检测2,32DHBA和2 ,52DHBA间接推测'OH的含量。具体做法是，在上述制备方法的步骤 (1)制得的悬浮液中，按每升悬浮液3 6mg的添加量加入水杨酸，搅拌至完全溶解。在实 施例中将对此给予更为详细的说明。
天然矿物电气石(Tourmaline)俗称为"碧玺"。电气石富含挥发组分硼和水，多产于 伟晶岩及气成热液矿中，变质岩和变质矿床中亦有产出。电气石是人类发现最早的压电、 热释电材料。其压电性可用于无线电工业；其热释电性可用于红外探测、制冷业。色泽鲜艳、 清彻透明者可作宝石原料(俗称碧玺)。
本发明则是将天然矿物电气石应用到热释电催化化学领域，利用了天然矿物电气石独 特的晶体结构和热释电性的特点。在电气石的结构中存在大量羟基，电气石表面在粉碎过程 中造成的价键断裂、电气石在水溶液中表面金属阳离子缺失等原因在电气石微粒表面又形成 大量羟基，从而导致水溶液呈弱碱性。而且由于电气石本征结构具有单向极轴结构的特点， 结晶完好的单个颗粒可以视为单畴化的铁电体，在热平衡状态下，靠近极化矢量两端的表面 附近出现束缚电荷，这些束缚电荷被等量反号的自由电荷所屏蔽，在环境温度涨落的条件下， 极化强度随着温度的变化而发生变化，原先的自由电荷不能再完全屏蔽束缚电荷，于是表面 出现自由电荷，使得在电气石微粒带正电的一端具有较强的获取电子的能力而具有很强的氧 化能力，可将其表面吸附的OET和H20氧化成'OH羟基自由基。本发明的方法获得的弱碱 性水中羟基自由基的产生量范围在l. 2nmol/L 12. 5 umol/L之间。
本发明利用电气石对水的作用获得弱碱性水，并在温度的涨落作用下利用电气石对水 的热释电催化作用产生羟基自由基来进行水处理的方法成本低廉、操作简便、绿色环保、无 毒、无污染、可长期重复使用和易于推广的优点。可广泛应用于治理环境污染、水处理、杀 毒、抗菌、土壤改性、服装、装饰材料等。
图l为不同用量的电气石微粉对水溶液pH值的影响。电气石微粉加入水溶液初期(0 1 分钟)，溶液的pH值立刻迅速升高，并随着混合时间的延长(10 20分钟)达到基本稳定平 衡状态；溶液pH值的变化幅度随着加入电气石微粉量的增加而变大，但当用量大于25克 (500ml)时pH值变化幅度趋于一致。
具体实施例方式
下面通过实施例对本发明做进一步阐明。
实施例l:反应通过一个装有加热搅拌器的一升的烧杯中进行，将一连通自来水的螺旋
管置入该烧杯中，以便降温时使用。反应悬浮液总体积约500毫升。电气石微粉5克加入水溶 液初期(0 l分钟)，溶液的pH值立刻迅速升高，并随着混合时间的延长(10 20分钟) 达到基本稳定平衡状态pH值-8.34。加入10毫克水杨酸至电气石水溶液中，搅拌至完全溶解， 加热至8(TC保持10分钟再通过循环自来水冷却至室温，按此循环30周期。羟自由基性质极其 活泼，半衰期极短，直接检测生物体内的'OH非常困难。以水杨酸作为捕捉剂,利用高效液相 色谱技术(HPLC)检测2，32DHBA和2 ,52DHBA间接推测'OH的含量。羟基自由基的产生 量范围在l. 2nmol/L 4. 5 umol/L之间。
实施例2:反应通过一个装有加热搅拌器的一升的烧杯中进行，将一连通自来水的螺旋 管置入该烧杯中，以便降温时使用。反应悬浮液总体积约500毫升。电气石微粉10克加入水 溶液初期(0 l分钟)，溶液的pH值立刻迅速升高，并随着混合时间的延长(10 20分钟) 达到基本稳定平衡状态pH值-8.43。加入10毫克水杨酸至电气石水溶液中，搅拌至完全溶 解，加热至8(TC保持10分钟再通过循环自来水冷却至室温，按此循环30周期。羟自由基性 质极其活泼，半衰期极短，直接检测生物体内的，OH非常困难。以水杨酸作为捕捉剂，OH 攻击水杨酸生成2,32二羟基苯甲酸(2,32DHBA)和2 ,52二羟基苯甲酸(2 ,52DHBA)，利用 高效液相色谱技术(HPLC)检测2,32DHBA和2 ,52DHBA间接推测'OH的含量。羟基自 由基的产生量范围在145nmol/L 6. 5 umol/L之间。
实施例3:反应通过一个装有加热搅拌器的一升的烧杯中进行，将一连通自来水的螺旋 管置入该烧杯中，以便降温时使用。反应悬浮液总体积约500毫升。电气石微粉10克加入水 溶液初期(0 l分钟)，溶液的pH值立刻迅速升高，并随着混合时间的延长(10 20分钟) 达到基本稳定平衡状态pH值-8.44。加入10毫克水杨酸至电气石水溶液中，搅拌至完全溶解， 加热至8(TC保持10分钟再通过循环自来水冷却至室温，按此循环30周期。羟自由基性质极其 活泼，半衰期极短，直接检测生物体内的。H非常困难。以水杨酸作为捕捉剂，'OH攻击水 杨酸生成2,32二羟基苯甲酸(2,32DHBA)和2 ,52二羟基苯甲酸(2 ,52DHBA)，利用高效液相 色谱技术(HPLC)检测2,32DHBA和2 ,52DHBA间接推测心H的含量。羟基自由基的产生 量范围在O. 5umol/L 12. 5umol/L之间。
权利要求
1.一种利用电气石制备富含羟基自由基的弱碱性水的方法，其特征在于步骤如下(1)按1～100g/L的添加量向水中加入电气石粉，搅拌制成悬浮液，pH值在7.00～8.55之间，(2)然后对步骤(1)制得的悬浮液升温至78～82℃保持8-10分钟，冷却至室温，如此反复循环25-30个周期。
2. 如权利要求l所述的利用电气石制备富含羟基自由基的弱碱性水的方法，其特征在 于步骤(2)中的升温采用电加热、蒸汽加热、或者利用太阳光照射自然釆暖方式。
3. 如权利要求l所述的利用电气石制备富含羟基自由基的弱碱性水的方法，其特征在 于步骤(2)中的冷却至室温是通过循环水冷却。
全文摘要
本发明涉及一种利用电气石制备富含羟基自由基的弱碱性水的方法。按1～100g/L的添加量向水中加入电气石粉，搅拌制成悬浮液，然后对制得的悬浮液升温至78～82℃保持8-10分钟，冷却至室温，如此反复循环25-30个周期。本发明利用天然矿物热释电功能材料电气石的热释电催化作用，通过电气石对水的作用获得弱碱性水，并在温度的涨落作用下利用电气石对水的热释电催化作用产生羟基自由基，最终获取pH值在7.00～8.55之间的弱碱性水并富含羟基自由基(活性氧)，该方法具有成本低廉、操作简便、绿色环保、无毒、无污染和可长期重复使用的优点。
文档编号C02F1/66GK101367577SQ20081015751
公开日2009年2月18日 申请日期2008年10月6日 优先权日2008年10月6日
发明者杰 展, 蒋民华, 黄柏标 申请人:山东大学