空氣濕度是一個(gè)重要的環(huán)境參數(shù)，合適的相對(duì)濕度與人們生活生產(chǎn)密切相關(guān)。這里提到的相對(duì)濕度是指空氣中水蒸氣的含量與在相同情況下能夠滲透到空氣中的水蒸氣總的含量之比，其對(duì)人的健康、產(chǎn)品的生產(chǎn)以及物品的保存具有十分重要的作用。

“調(diào)濕材料”指能根據(jù)自身的吸濕放濕性能，感應(yīng)所調(diào)空間空氣溫濕度的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)空氣相對(duì)濕度的材料，無(wú)需消耗人工能源。其對(duì)于改善人居熱濕環(huán)境、提高物品的保存質(zhì)量、降低能耗、保持生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義。

沸石是一類網(wǎng)架狀構(gòu)造的含水硅鋁酸鹽礦物的名稱，它的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是硅（鋁）氧四面體，硅（鋁）氧四面體在平面上通過(guò)氧橋連接形成各種封閉環(huán)，各種環(huán)再通過(guò)氧橋在三度空間相連接形成各種形狀規(guī)則的多面體，構(gòu)成了沸石的空穴或籠，這些籠或環(huán)在三度空間以不同方式連接組合，又形成了沸石的一維、二維、三維孔道體系。另外，由于沸石孔穴中含有陽(yáng)離子，骨架中含有負(fù)電荷，有較大的靜電力，使得沸石對(duì)極性、不飽和及易極化分子具有優(yōu)先的選擇吸附作用。

天然硅藻土是一種水合Mg，Al，Si的粘土礦，是生長(zhǎng)在海洋或湖泊中的單細(xì)胞植物—硅藻的殘骸沉積形成。硅藻土是2：1的鏈狀結(jié)構(gòu)，由通過(guò)氧和羥基連接的Si—O四面體構(gòu)成，Si—O四面體結(jié)構(gòu)有缺陷，顆粒精細(xì)，堅(jiān)固耐磨，耐熱耐酸，滲透性和吸附性好等特點(diǎn)。因此，硅藻土已廣泛地應(yīng)用在釀酒業(yè)、食品和飲料業(yè)、精細(xì)化工、輕工、輕體建材、醫(yī)藥、環(huán)保、農(nóng)業(yè)、日用化工等行業(yè)。

本實(shí)驗(yàn)的目的是比較沸石與硅藻土的吸放濕性能，并分析微觀形貌與其調(diào)濕性能差異的關(guān)系。

1、實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1.1實(shí)驗(yàn)樣品

人造沸石：試劑，化學(xué)純，性狀為不規(guī)則乳白色結(jié)晶，不溶于水。

硅藻土：試劑，化學(xué)純，性狀為微灰色或白色粉末，不溶于水、酸和稀堿。

1.2實(shí)驗(yàn)儀器

（1）PQX2280A23H型，260L人工氣候箱，控溫濕范圍及精度5～50℃，±0.5～1.0℃；30%～95%RH，±7%RH；（2）YC2D204型，5L亞都超聲波加濕器；（3）N10122型，電子控溫遠(yuǎn)紅外干燥箱；（4）FA1004型，電子分析天平，精度0.1mg。

1.3樣品準(zhǔn)備與制備

將人造沸石和硅藻土分別磨細(xì)至120目，達(dá)到同一細(xì)度，取各約1g，放入烘箱內(nèi)烘干，烘箱設(shè)定為80℃，干燥24h后用分析天平進(jìn)行精確稱重。烘干后，樣品質(zhì)量m0分別為人造沸石：1.0193mg；硅藻土：1.0275mg。

1.4實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1.4.1吸濕實(shí)驗(yàn)人工氣候箱內(nèi)部溫濕度分別調(diào)節(jié)為20℃，80%RH，把兩種樣品放置其中。每經(jīng)過(guò)t=1h為一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，把樣品取出進(jìn)行精確稱重記作mt，算出其質(zhì)量增加率即為吸濕率（計(jì)算式：吸濕率=│mt-m0│/m0×100%）。記錄所得的數(shù)據(jù)，直到樣品的質(zhì)量不再增加為止，認(rèn)定此時(shí)樣品達(dá)到飽和吸濕狀態(tài)。分別作出吸濕率對(duì)時(shí)間的變化曲線，即為各種材料的吸濕曲線，并加以比較。

1.4.2放濕實(shí)驗(yàn)將經(jīng)過(guò)飽和吸濕實(shí)驗(yàn)的兩種原樣—人造沸石和硅藻土放入人工氣候箱內(nèi)，其內(nèi)部溫濕度分別調(diào)節(jié)至20℃，35%RH，當(dāng)環(huán)境濕度較低時(shí)（<35%RH）則利用更低的濕度環(huán)境進(jìn)行放濕實(shí)驗(yàn)。每經(jīng)過(guò)時(shí)間t=1h為一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，取出樣品精確稱重記作mt，算出其質(zhì)量減少率即為放濕率（計(jì)算式：放濕率=│m0-mt│/m0×100%），至樣品的質(zhì)量不再減少為止，認(rèn)定此時(shí)樣品達(dá)到完全放濕狀態(tài)。分別作出放濕率對(duì)時(shí)間的變化曲線，即為各種材料的放濕曲線，并加以比較。

1.4.3不同相對(duì)濕度下飽和吸濕實(shí)驗(yàn)將人工氣候箱內(nèi)濕度分別調(diào)節(jié)為RH=40%、60%、80%和95%，測(cè)定兩種原料的飽和吸濕率。

2、結(jié)果與討論

2.1人造沸石和硅藻土的孔結(jié)構(gòu)

人造沸石比表面積大，總孔容積大，內(nèi)部以中孔結(jié)構(gòu)為主，孔徑分布比較集中，主要為2～7nm孔。

硅藻土的比表面積和孔容積比沸石要低得多，內(nèi)部以微米級(jí)孔穴為主，孔徑分布較寬，有一定的大孔結(jié)構(gòu)，所以其平均孔徑較沸石要大。

2.2吸濕性能

人造沸石吸濕曲線斜率大表明其速度快，在前4h內(nèi)增加得最快，并且它的飽和吸濕量大，在12h達(dá)到26.67%；而硅藻土在前1h內(nèi)吸濕速度快，之后趨于平緩，在11h達(dá)到吸濕平衡為3.93%，濕容量低。

這是因?yàn)榉惺瘍?nèi)部以中孔結(jié)構(gòu)為主，其水分子吸附主要靠孔道毛細(xì)管凝聚效應(yīng)和表面吸附。沸石的比表面積大，對(duì)環(huán)境相對(duì)濕度敏感，則其吸濕速度快。且其孔容積大，則可吸濕量即濕容量大，能吸附空氣中的水蒸氣就多；硅藻土內(nèi)部以微米級(jí)孔穴為主，其水分子吸附主要是靠表面吸附作用。而硅藻土比表面積小、孔容積小，則吸濕速度慢，吸濕平衡量也小。從而說(shuō)明人造沸石的吸濕性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于硅藻土。

2.3放濕性能

人造沸石和硅藻土放濕率隨時(shí)間的變化關(guān)系見(jiàn)圖3。從圖3中可以看出，人造沸石放濕曲線斜率大表明其速度快，在前3h內(nèi)斜率下降得最快，并且它放濕量大，在10h達(dá)到11.86%；而硅藻土在前1h放濕速度快，之后趨于平緩，在8h達(dá)到放濕平衡為1.74%。

沸石中水分子脫附以表面解吸作用為主，比表面積大，毛細(xì)管效應(yīng)明顯，因此放濕能力強(qiáng)，但由于其內(nèi)部孔道有一定微孔級(jí)，通過(guò)孔道作用吸附的水分子不易脫附，則平衡放濕量（11.86%）低于平衡吸濕量（26.67%）；硅藻土內(nèi)部以微米級(jí)孔穴為主，其水分子吸附主要靠表面吸附作用，但其比表面積小，故放濕速度慢，又因其吸濕容量低，所以放濕平衡量也很低。

2.4不同相對(duì)濕度下平衡吸濕性能

人造沸石和硅藻土在不同相對(duì)濕度下平衡吸濕率的變化關(guān)系見(jiàn)圖4。從圖4中可以看出，隨著環(huán)境相對(duì)濕度的增加，人造沸石和硅藻土的平衡吸濕量都增加，人造沸石不僅在各個(gè)相對(duì)濕度下的吸濕量都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于硅藻土，而且在各個(gè)相對(duì)濕度下的吸濕速度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于硅藻土。

3、結(jié)論

（1）人造沸石有大的比表面積，內(nèi)部中孔結(jié)構(gòu)較多，微孔、中孔、大孔之間的匹配性好，因此水分向內(nèi)部的滲透性強(qiáng)，吸放濕能力較強(qiáng)。

（2）硅藻土比表面積小，內(nèi)部孔穴大小不定、孔道數(shù)量少且排布雜亂，滲透性差，吸放濕能力弱。