離子交換用碳酸銨的濃度

1. 岩石文物是怎樣防止風化的

三 石質文物的保護方法

石質文物的保護主要包括：清洗、加固、防護三個環節。

1.清洗

石質文物的清洗對象是石質表面的一切有害物質，包括微生物、雜草、可溶鹽、難溶性硬殼、灰塵煙垢等。

清洗方法按清洗劑和處理技術的特點可分為兩類：水清洗法；化學清洗法；

1.1 水清洗法

這種清洗方法對清除石質文物中的可溶鹽很有效。其處理效果的好壞取決於操作方法。

(1) 水浸泡法 適用於小型石質文物，其方法是把石質文物浸泡在去離子水中，但如石質品的狀況不是很好，完全浸泡出言除鹽就比較危險，因為快速的水合作用可快速溶鹽會導致石質品出現塊狀脫落。

(2) 水蒸氣清洗法 這種方法可用於已損壞的多孔石質品表面、文物雕刻品、古建築表面。工業上實現壓力是（5—10）×10 5 Pa，這種方法效果很好。

(3) 霧化水淋洗法 水通過很窄的噴嘴噴出，形成霧化的水。霧化水在空中慢慢地落在石質文物的表面。這種淋洗作用很輕柔，不會產生任何沖擊作用。而且清洗也比較塊，因為霧化水覆蓋地面積大。

(4) 吸附脫鹽法 方法能延長水與石質表面接觸的時間,同時降低水的滲透深度。其方法是用一些纖維材料作吸附劑，如紙漿、紙巾、脫脂棉、木漿、海泡石和活性白土等粘土礦物。先用去離子水潤濕吸附材料，將紙漿等敷於要清洗部位，為了防止水的快速蒸發可用塑料薄膜將吸附材料覆蓋起來。經過一定的時間揭開薄膜，隨著吸附材料內水分的蒸發，所吸附的結晶鹽析出。多次重復操作，通過測吸附材料的電導率恆定時，就說明清洗到位了。用其他化學溶劑濕潤吸附材料可以幫助我們清除掉石質文物表面地非水溶性物質。如有機溶劑，表面活性劑等。吸附脫鹽法很實用，效果也很好。

1.2 化學 清洗法

( 1 ) 強酸強鹼清洗法 此法在工業上常用，但在石質文物上不宜用。

( 2 ) 離子交換樹脂清洗法 用離子交換樹脂可以得到去離子水外，用離子交換樹脂製成糊狀可以用於清除石質文物表面的污染物。根據離子交換樹脂活性基團的化學性質，他們可呈現酸性或鹼性。可溶解碳酸鹽，硅酸鹽、硅石等。在實際處理過程中，其溶解作用相當緩慢，並且只在濕潤的離子交換樹脂與石質表面接觸的部分才發生溶解，而只要刮掉糊狀物，溶解反應馬上停止，沒有任何滲透的危險。所以比較好控制。

在文物保護中用的離子交換樹脂必須純（分析純），而且顆粒要細（100—200目），這種方法的費用很高，適宜清洗價值比較高的石質文物。

( 3 ) 膠粘性糊狀物清洗法 這種糊狀物可在弱減溶液中加膠粘性處變劑配製而成。可以在垂直面上和天花板上使用而不會掉下來。另外這種糊狀物處理的時間也較長，可抑制其溶液向石質內的滲透。在貼敷期間也可以用塑料薄膜保濕。

羅馬修復中心Mora夫婦研製一種常用的糊狀物「AB57」，其配方如下：

水 1000ml ，碳酸氫氨 30 g ，碳酸氫鈉 50g ，乙二氨四乙酸鈉 25g ，Desogen（季銨鹼）10 ml ，羥甲基纖維素 50 g。

其溶液的 PH值約為7.5。兩種碳酸氫鹽起清除作用，能溶解象石膏這樣的鹽類。Desogen是一種表面活化劑和清毒劑。 EDTA能溶解含鈣污物，象石膏、方解石、白雲石等。羥甲基纖維素是一種觸變劑，也起膠粘作用。

AB57的膠粘性糊狀物的清洗作用比較緩慢，但清除含石膏較多的黑色硬殼非常有效。

( 4 ) 用於特殊情況下的化學清洗劑 可用於清除銅污染物的水溶液有10%氨基磺酸溶液，2% —10%的碳酸銨溶液，這種溶液也可製成糊狀物使用。

用下列溶液製成糊狀物可清除鐵質污物：用水調制草酸鉀成糊狀；飽和磷酸氫二銨。10% 的EDTA鈉鹽水溶液。

清除石質文物表面的植物生物可以用機械方法和防酶劑殺菌劑相結合的方法。

2 . 加固

加固保護的目的 是提高風化文物強度。其基本原理是通過加固劑滲透到石質文物中替代由於風化引起損失的天然膠結物。加固主要針對的是已經風化的、有解體危險、砂化的多孔文物。

對加固材料的要求：（1）能形成一種新的、抗風化的礦物質岩石膠結物；（2）不形成任何破壞岩石的含鹽副產物；（3）對岩石的一些主要特性，如水蒸氣透氣性等不良影響。（4）在岩石中有良好的滲透力，至少應能滲透到未風化部位，而且加固後的力學剖面應應平穩,在表面附近產生力學強度過大現象。（5）不會引起岩石表面顏色的變化。

加固方法：實際操作中，常採用：熔化—凝固；傳遞的溶劑揮發；加固劑間的化學反應—加固劑與礦物的化學反應。

加固材料分為有機材料和無機材料，它們的區別是：無機材料的加固是通過石質中某些成分與CO 2 的反應或水合作用形成新物質而實現的。形成的新物質與礦物的連接比較脆弱，其粘接的裂縫寬度不可能大於10—50UM。用無機加固劑不能實現裂開兩部分的粘接。無淆機材料與有機材料相比較，耐老化，但比較脆，彈性差。通過化學反應來實現加固，很難獲得好的滲透效果，這是因為一旦化學反應開始，反應物會阻塞岩石表面的空隙，從而抑制了加固劑的進步滲透。

與無機加固劑相比，有機加固劑更易於受環境而老化，主要是氧、臭氧、水、紫外及紅外輻射使有機材料產生或物理變化。但是如果加固材料在石質品內的空隙中，以上因素的影響就會受到限制。有機材料的另外一個缺點就是熱膨脹系數高於岩石，但其具有比較好的粘接性，柔韌性，所以就具有良好的抗應力的特性，另一方面，有機加固劑很難象無機加固劑易於滲透，這主要是由於有機加固劑的分子長鏈和極好的粘性所致。為了解決這一問題，有人在使用或實驗用預聚合物和單體可，特別是使用硅氧烷類材料和丙烯酸單體。

常用加固劑的主要類型

無機類：

（1）石灰水 其加固作用是通過氫氧化鈣與二氧化碳的反應來實現的，化學反應所形成的碳酸鈣留在岩石的空隙中。反應：Ca(OH) 2 ＋CO 2 ＝CaCO 3 ＋H 2 O

( 2) 氫氧化鋇 其原理與石灰水相似 反應：Ba(OH) 2 ＋CO 2 ＝BaCO 3 ＋H 2 O

有機類：

（1）環氧樹脂類 由於環氧樹脂在固化是無副產品、不產生氣泡、體積收縮小不變形、而且能滲入多孔材料的內部形成網狀結構，且有良好的耐久性，粘性及機械性能，倍受人們青睞，尤其是一些新型的改性環氧樹脂材料。

環氧樹脂是典型的體內聚合的方式。環氧樹脂分子末端含有兩個以上的環氧基團，加入固化劑，依靠環氧開環聚合或加成聚合，達到高分子量化後形成具有一定揉性、粘性及抗化學腐蝕的長鏈網狀結構。用於文物保護上的環氧是分子末端含有兩個以上環氧基團的雙酚A組分（雙酚A二甘油醚），常用的固化劑是胺類，胺的特性決定了固化速度，而固化時間又影響滲透深度，為了增強效果也常常加入活性稀釋劑和增韌劑等。

環氧樹脂加固的成功與否與樹脂的合理選擇和滲透方式、岩石的空隙度有關，真空低壓滲透可獲得較好的滲透深度，本身多空的岩石風化後使環氧樹脂加固的最佳對象，成功的處理要求岩石的空隙度為砂岩14%，灰岩28%。

盡管環氧樹脂加固作用明顯，但也有缺點，如滲透性稍差，不透氣。受UV光照射顏色變黃等。

（2）丙烯酸樹脂類

丙烯酸也是廣泛應用於多孔文物加固保護的樹脂材料。聚甲基丙烯酸甲酯稱為有機玻璃，能防止文物的風化及戶外紫外光照射，但是用有機玻璃處理過的岩石阻止了濕氣的活動。Paraloid B72是人們研究最多的一種丙烯酸樹脂，它是一種白色玻璃狀結構，能溶於多種有機溶劑。是溶劑揮發後成膜而起到加固作用的典型代表，通常以丙酮或二甲苯是2%—10%的濃度使用。B72最大的缺點是形成的膜非常脆，既不抵抗鹼性的侵蝕，又不抵抗UV光的照射，又的顏色也會變深。現在正在對丙烯酸進行改性，如環氧丙烯酸、含硅丙烯酸等。

（3）有機硅類

有機硅類加固劑主要有硅酸乙酯、烷基硅酸鹽、硅烷、硅氧烷、硅酸鹽等。如德國的Remmers 系列產品，美國的三甲基四乙氧基硅烷。在中國比較常用的 Remmers 300(硅酸乙酯） ，武漢大學生產的有機硅系列產品 如WD—10 表面封護劑。

有機硅類材料的特點：有機硅材料作為硅酸鹽化學於有機化學的紐帶，有機聚合物的結構特性使其兼備有機材料與有機聚合物功能與一身。它不僅具有卓越的耐高低溫性能、電絕緣性、化學穩定性和耐老化功能。在文物保護上應用的有機硅材料具有粘度小、滲透性好，固化後石質不變色、不反光、無油污感，並賦予風化石質一定的強度，憎水性優良，透氣性好等特點。
3石窟摩崖的保護（保護工程）

（1）岩體穩定性的評估 石窟摩崖類文物的保護往往涉及到保護工程的問題。首先要對石窟摩崖所依附的岩體進行岩體的穩定性評估。這包近景攝影測量、水文地質工程測繪、地球物理勘探、物理力學性質實驗、材質結構組成和化學成分分析、環境檢測等。

（2）加固處理

加固方法：

1）用護壁、擋牆、大型砌體阻止岩體裂隙的發展，抵禦岩體開裂，防止懸岩坍塌。

2）噴錨加固

3）裂隙灌漿、錨固與化學試劑表面滲透加固、封護綜合法。

（3）防水

除了地震、火山還有人為的毀滅性破壞之外，水是對石質文物最普遍最嚴重的破壞因素。因此對石質文物的防水處理非常重要。

1）對小件石質文物和大型石質文物（石窟寺、摩崖、大型石刻等）的局部採用表面塗刷封護劑形成保護膜來阻止水的入侵。現在常用的是長鏈有機硅類封護劑。如武漢大學生產的WD—10（十二烷基三甲氧基硅烷）就是很好的很常用的封護劑。它的一端是烷氧基作偶連基團與石體和鄰近的烷氧基團緊緊粘結，另一端長鏈烷基則成膜起憎水作用。WD—10所成的膜緻密，厚實，但是透氣，耐腐蝕，封護效果很好。

2）工程防水

A降水的防治

a 落水洞及大縫隙堵漏。根據山頂落水洞及縫隙特徵、岩體的力學性質、材料價格及施工工藝等因素，可採用填塞亞粘土或黃土後，一道壓一道地鋪設聚乙烯塑料薄膜設置防滲層，考慮到岩體裂隙比較發育，也可採用水泥沙漿進行灌注，這樣既可以防止水分滲入，又可加固岩體。例如在對甘肅省榆林窟東崖裂隙進行加固時，首先將裂隙兩側的風化崖面應用PS材料滲透加固；其次用水泥沙漿對裂隙封閉，並插入注漿管。先注入適量的PS漿液，對裂隙兩壁進行加固，最後注入改性了的PS-F漿液。一周後觀察發現PS漿液在裂隙兩壁滲透15cm,PS-F與裂隙兩壁粘合緊密。

b開挖深井 為了能使岩體中水分排出，可在山頂距崖面較遠處開挖深井，地點選擇在各種裂隙交匯處，以使岩體內水分經裂隙排入井內，這樣可以減少水分向崖面崖面的移動。也可挖一條與崖面立壁走向平行的排水隧洞。例如大足北山石刻北佛灣頂部的凹地內坡積層與崖體風化層形成潛水層，石刻陡壁切割這些含水裂隙，便有水滲損害石刻。為了排水，在距陡壁前緣8m處開挖了一條與陡壁平行的高4m、跨度2m、截面為梯形的隧洞。經觀察排水隧洞已將大部分滲水排走。

c開挖導水明渠 在山頂依地勢開挖一條縱橫交錯的導水渠，再在立壁兩側開挖兩條主導水渠，並使山頂明渠與這兩條主導水渠貫通，這樣雨水可迅速從山頂排下，盡量減少雨水在山頂的停滯時間，從而減少了進入岩體的水量。

d 裂隙灌漿 經過上述處理，一些大的裂隙已用粘土或水泥沙漿堵住，但泥漿不能灌入0.25mm以下的裂隙。即便已被水泥灌入的寬度在0.25mm以上的裂隙，由於傳剪力很差，仍不能保證岩石岩體形成整體。灌漿可防止這些微裂隙成為水分移動的通道，必須使用適當材料進行灌漿。目前使用的灌漿材料較多，應根據岩體力學特性、當地的氣候環境特徵等因素選擇決定。例如地處西北乾旱地區的礫砂岩石窟，岩體防水加固灌漿材料可使用無機類的PS材料，效果比較理想。對於南方高溫潮濕環境的石灰岩石刻、岩畫等，可使用有機硅類的呋喃改性環氧樹脂為主劑的材料等。

B 地下滲水的防治

地下水主要通過毛細管的作用上升進入岩體或建築物牆體內，治水應該採取堵與導結合的綜合方案。堵是指切斷毛細管的通路，解決的方法是設立在立壁或牆基底部設置隔潮層，或者在其旁邊做防潮層以割斷與它相接觸的其他其牆壁。但要徹底解決毛細滲水問題，最根本的方法是應當設法使岩體底部或建築物的本身與水分的來源完全割斷。導是指埋設暗管、開挖暗溝疏通導流滲水，再與割斷滲水的方法結合以達到治水目的。當毛細滲水較普遍，且水量劑較大時，可在下部或後部開鑿截水廊道，集中排水，他的作用是降低地下水位、切斷流向岩體內的地下水源。

做割斷層的方法是在立壁或牆體的適當位置上沿水平方向，在一定的間距上鑽孔，在每一孔洞底部置入特製鉛片，再把各個孔洞連貫起來，即為防潮層，可切斷下面由毛細管作用而上升的水的通路。

對於墓室的防水，可設置截水牆，即用鋼筋混凝土構築成的地下牆，主要功能是擋水。例如南越王墓防滲水工程，沿墓室四周修築一道底寬40cm 、頂寬20cm的鋼筋混凝土防水牆，牆底部壁墓室地面低50cm。也可採用鑽孔化學注漿法或旋噴注漿法，即在墓室周圍打一定密度的鑽孔，鑽孔內用高壓灌注環氧樹脂類或丙烯酸類漿液，使它滲入地層內所有的空隙、微裂隙、形成一個封閉隔水區，阻擋水的入滲。

C 地表水的防治

對於地表水為防止水的入浸，應採取主、干、支溝組成的統一排水系統使水能夠盡快排掉，並以暗溝為主。

總之，石質文物的防水應採取「塗」、「堵」、「導」、「排」綜合的治理方案，因地制宜，做好防水工作。

通過對石質文物保護現狀的全面了解，我們提出以下幾點設想：

一 在有機文物保護材料中加入二氧化鈦鈉米材料。有機材料不耐老化，特別是空氣中的紫外光，鈉米二氧化鈦是最優良的紫外光吸收劑，因此加入很有必要。

二 亟待生產一種石灰岩類文物的加固和封護材料。有機硅在硅質膠結的砂岩和泥岩保護中很成功，但是用於石灰岩加固和封護時出現了保護材料與石質本體粘接不牢固的缺點。鈉米碳酸鈣的復合材料已表現出許多優點，如彈性好，填充性好，經濟等，從材質相同的角度來考慮能否生產出鈉米碳酸鈣的復合材料用於石灰岩的處理，克服有機硅處理石灰岩的不足。

三 充分利用混合材料。單一的復合材料處理文物由於性能單一不能適應環境條件 的改變。現在在選擇保護材料時幾乎都是根據當時的環境條件來選擇某一方面性能突出的保護材料。在當時看來保護效果不錯，但是當環境條件一旦改變便馬上表現出不適應的缺點，如原來需要強度的現在成了需要韌性，原來在乾燥條件下性能很好的，而現在在潮濕的環境中卻表現很差等。混合材料集多種材料的優點於一身，不但在當時性能優良，即就是環境條件發生改變也能表現出一定的適應和緩沖能力。

在此，我們對一種新型的文物保護混合材料 ASO-B的加固和憎水性能進行了測試。

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3. 「電滲析法淡化海水」是什麼原理

原理：電滲析器中交替排列著許多陽膜和陰膜，分隔成小水室。當原水進專入這些小室時，在直流電屬場的作用下，溶液中的離子就作定向遷移。

陽膜只允許陽離子通過而把陰離子截留下來；陰膜只允許陰離子通過而把陽離子截留下來。結果使這些小室的一部分變成含離子很少的淡水室，出水稱為淡水。

而與淡水室相鄰的小室則變成聚集大量離子的濃水室，出水稱為濃水。從而使離子得到了分離和濃縮，水便得到了凈化。

(3)離子交換用碳酸銨的濃度擴展閱讀

現在所用的海水淡化方法有海水凍結法、電滲析法、蒸餾法、反滲透法、以及碳酸銨離子交換法，目前應用反滲透膜法及蒸餾法是市場中的主流。

海水淡化即利用海水脫鹽生產淡水。 是實現水資源利用的開源增量技術，可以增加淡水總量，且不受時空和氣候影響，水質好、價格漸趨合理，可以保障沿海居民飲用水和工業鍋爐補水等穩定供水。 從海水中取得淡水的過程謂海水淡化。

海水淡化主要是為了提供飲用水和農業用水，有時食用鹽也會作為副產品被生產出來。海水淡化在中東地區很流行，在某些島嶼和船隻上也被使用。