海泡石矿物材料的显微结构与自调湿性能研究

摘要

本文针对目前国内外自调湿功能材料中存在的吸放湿量小、速度慢、工艺复杂和理论研究少等问题，采取酸活化和热活化法，制备性能较好的海泡石自调湿功能材料，优化制备工艺，研究海泡石自调湿矿物材料显微结构与自调湿性能关系和海泡石自调湿理论。通过对海泡石原料、酸的种类、酸浓度、酸活化时间、酸活化温度、海泡石与酸的质量固液比、热活化温度、热活化时间、烘干方式的优化，制备的海泡石自调湿功能材料最大吸湿量可达0.7400g/g，最大放湿量可达0.6886g/g；前5小时吸湿速度最快可达0.0264g/(g·h)，前30小时放湿速度最快可达0.0132g/(g·h)。 研究了酸活化、热活化对海泡石的作用机理及对其显微结构的影响。实验证明，酸活化能明显提高海泡石的比表面积和孔容积，其主要作用是增加了海泡石中微孔和中孔的数量；150℃以上热活化会降低海泡石的比表面积和孔容积，热处理温度越高，比表面积和孔容积越小，热活化对海泡石的影响作用主要发生在微孔区域。全面测试了海泡石自调湿功能材料的调湿性能，结果表明：其最佳调湿区为74％～98％RH，在此范围内材料具有湿容量高，等温吸放湿曲线陡和吸放湿回线小的特点，等温吸放湿曲线最接近调湿材料理想等温吸放湿曲线。对海泡石矿物材料显微结构与自调湿性能关系的研究表明：影响其调湿性能的主要因素是微观形貌、比表面积、孔容积和孔径分布。海泡石纤维的变细、短化能提高放湿性能，但对吸湿性能没有明显作用。在低相对湿度(＜43％)下，比表面积是决定调湿性能的主要因素。在中高相对湿度(43％～98％)时，孔容积是决定调湿性能的主要因素。其中，在最适宜人类生活工作的中等相对湿度(43％～74％)下，调湿性能由35.8～86.0A孔径范围内的孔径分布决定。 海泡石的调湿机理为：在低相对湿度下，调湿作用机理是单、多层分子吸附，比表面积决定调湿性能。在中高相对湿度下，调湿作用主要是依靠毛细凝聚作用，调湿性能由孔容积决定。在中等相对湿度时，调湿性能由其对应孔径范围内的孔径分布决定；孔道为一端封闭的圆筒形，并在与该湿度范围相对应的孔径范围内具有大孔径分布的材料是理想的调湿材料。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号说明

第一章绪论

§1.1引言

§1.2自调湿功能材料国内外研究进展

1.2.1国际自调湿功能材料研究及评价方法

1.2.2中国自调湿功能材料研究及评价方法

1.2.3自调湿功能材料作用机理研究

§1.3海泡石天然纳米孔道结构材料

1.3.1无机吸附材料结构与性能

1.3.2海泡石矿物材料在环保领域应用

§1.4本文主要研究内容及意义

第二章实验材料及方法

§2.1实验材料

§2.2实验仪器

§2.3材料自调湿性能评价

第三章自调湿功能材料制备

§3.1引言

§3.2自调湿功能材料制备工艺过程

§3.3自调湿功能材料制备工艺优化

3.3.1海泡石矿物材料优选

3.3.2海泡石矿物材料酸活化优化

3.3.3海泡石矿物材料热活化优化

§3.4小结

第四章海泡石自调湿功能材料结构与性能

§4.1海泡石自调湿功能材料结构

4.1.1酸活化前后海泡石结构

4.1.2热活化前后海泡石结构

§4.2海泡石自调湿功能材料性能

4.2.1材料吸湿性能

4.2.2材料放湿性能

4.2.3材料等温吸放湿曲线

§4.3海泡石自调湿功能材料结构与性能关系

4.3.1海泡石显微结构与吸湿性能关系

4.3.2海泡石显微结构与放湿性能关系

§4.4小结

第五章海泡石自调湿理论研究

§5.1自调湿理论基础

5.1.1单分子层吸附理论和Langmuir方程

5.1.2多分子层吸附理论和BET方程

5.1.3毛细孔凝聚理论与Kelvin方程

§5.2海泡石自调湿功能材料调湿理论

§5.3小结

第六章结论

参考文献

致谢

攻读学位期间取得的研究成果