負離子環保陶瓷的研究

摘 要 負離子釋放材料是一種能夠改善污染環境的新型材料。通過將負離子釋放材料——電氣石加入到陶瓷原料中，制得能夠在空氣中釋放較高負離子濃度的新型陶瓷產品。本文研究了配方、燒結溫度和水浸泡對負離子釋放量的影響，并利用X射線衍射研究了該陶瓷的晶相結構。

關鍵詞 負離子，電氣石，環保，陶瓷

1前言

當前，室內環境污染在逐漸加劇。其主要污染物為甲醛、氰化物、酞酸酯、汞、鎘、鉻等有害物質。人們長期在室內污染環境中生活、工作，對身體危害非常大，常常會誘發各種疾病。因此，如何消除污染是我們每一個科技工作者的責任和義務。

國外研究證明：環境功能材料具有電自極化性能，極化能量來自溫度變化，在光源條件下可產生負離子，催化分解甲醛等有害有機分子、促進空氣中懸浮物的沉降，從而凈化空氣；可吸附水中重金屬，調節水的pH值至中性，具有活化水分子的作用^［1～4］。因此，開發能夠消除環境污染、促進人民身體健康的材料，特別是能夠循環使用的環保陶瓷材料，不僅對社會有利，同時也具有非常廣闊的市場前景。

空氣負離子的保健作用已被眾多研究所驗證，負離子含量與人體健康的關系如表1所示^［5］。此外，負離子對血液有一定的凈化功能、細胞復活作用，可以增強人體的抵抗力，還可以除去各種異味，具有較強的吸附與分解作用^［6］。

使空氣電離產生負離子的原因，是某種稀土類礦石或天然礦物質所釋放的微弱放射線不斷將空氣中的微粒離子化，產生負離子。電氣石和麥飯石就是具備這種功能的材料。

電氣石是電氣石族礦物的總稱，化學成分較復雜，是以含硼為特征的鋁、鈉、鐵、鎂、鋰的環狀結構硅酸鹽礦物。其化學式為（Na，Ca）(Mg，Fe)3B3Al6Si6(O，OH，F)31，并含有微量鉻、錳、鈦、銫等對人體有益的元素。電氣石自身具有電磁場，當溫度和壓力有微小變化時，即可使礦石晶體之間產生電勢差(電壓)。這個能量可促使周圍空氣中水分子發生電離，脫離出的電子附著于鄰近的水和氧分子，使它們轉化為空氣中的負離子^［7，8］。

麥飯石是產于山谷溪水中的斑狀豆礫石，其所含的礦物質和化學成分對人體有益。經麥飯石處理的水，不僅可增加人體所需要的多種礦物質，而且使水中離子變化活躍，可以調節水質；同時，麥飯石能吸附水中因污染所致的微量毒性物質如水銀、鎘、酞酸脂、氰化物、氯氣和多種有害細菌，從而把水變成潔凈的活性礦物水。

負離子環保陶瓷產品已大量在日本和韓國等東方發達國家生產和使用。廣泛用于衛生間、桑拿房和日常生活用品等直接關系人體健康有關的環境。

2實驗方法

2.1 原 料

電氣石超細粉(原產新疆阿爾泰地區)：

其化學成分見表2。細度為90%≤2μm。

麥飯石（原產內蒙古）：

其化學成分見表2，此外還含有稀土和稀有元素，如鐿、鏑、釤、鉺、釓、釔、鐠、鑭、釹等。細度為90%≤2μm。

蘇州土:在坯體中起骨架作用。

長 石:用于降低坯體的燒結溫度。

2.2 配方組成

實驗所用配方如表3所示。

其中#3配方的坯式為：

2.3 制備工藝^［9］

按照上述配方進行配料，按球:料:水=2:1:0.6加入研磨罐中，在輥式研磨機上研磨到全部通過萬孔篩。然后烘干、手工造粒，在手動壓機上壓制成20mm×20mm×8mm的樣品。分別在1030℃、1060℃、1090℃、1120℃燒成。

2.4 性能測試

用日本X-Pert PRO MPD(PANalytical)X-衍射儀對樣品進行晶相分析。

用日本ARS INC公司Dr.ION離子測定儀測定負離子釋放性能：先用游標卡尺準確量出試樣的尺寸，算出試樣的體積，然后在空氣中將Dr.ION離子測定儀探頭部分緊緊放在試樣上，待讀數穩定后讀出負離子數。將讀出的負離子數除以試樣的體積，即可得到試樣的負離子釋放量。

用水煮法測定試樣的吸水率。

3結果與討論

3.1 X衍射晶相分析

分析結果如圖1所示，由圖可見樣品的主晶相為：石英、莫來石、鎂鋁尖晶石、電氣石和麥飯石；試樣中還有部分玻璃相。

3.2 負離子釋放量

實驗樣品的負離子釋放量如圖2、圖3所示。

圖2為6個樣品分別在1030℃、1060℃、1090℃、1120℃燒成后的負離子釋放量。從圖2可以得出：(1)樣品的負離子釋放量隨著樣品中電氣石含量的提高而增大，最高為#6樣品，其釋放量達3321個/m3；不加電氣石的#1樣，沒有負離子放出，這說明負離子是由電氣石產生的。(2)電氣石的加入量在9%以下時，負離子的釋放量隨電氣石的加入增加較快；超過9%以后，其增加的速度要慢一些。考慮到電氣石的成本，加入量在10%左右較為合適。

從圖3可得：負離子的釋放量隨著燒成溫度的提高而降低。當溫度高于1090℃時，負離子的釋放量降低較快。為了保證電氣石的負離子釋放量，燒成溫度在1090℃以下較為合適。

圖4是#2，#3，#4，#5，#6配方在1060℃燒成后，分別在水中浸泡0、1、3、5、10天，取出晾干，用離子測定儀測量負離子釋放量。從圖4可得：所制備的負離子陶瓷，在水中浸泡一段時間后，對負離子的釋放量影響不大。

3.3 樣品外觀與吸水率

所制備的樣品均為紅褐色，隨著電氣石加入量的提高，顏色越來越深，坯體的燒結溫度降低、燒結程度提高。

通過圖5可以看出：隨著燒結溫度的提高，坯體的吸水率逐漸下降、這說明坯體的燒結程度逐漸提高，這從坯體的顏色變化也得到證實。

根據該產品的使用特性，初步確定配方中電氣石的加入量在10%左右、燒成溫度在1080～1090℃較為合適，既保證了負離子的釋放量，又降低了成本。

4結論

(1) 通過加入負離子釋放材料——電氣石超細粉，可制得具有釋放負離子功能的環保陶瓷材料。

(2) 電氣石超細粉的加入量越高、燒結溫度越低，負離子的釋放量越大。實驗證明：加入10%左右的電氣石超細粉，燒成溫度控制在1090℃以下，可制得負離子釋放量達2500～3000個/m3的環保陶瓷材料。

(3) 制得的環保陶瓷材料主晶相為：石英、莫來石、鎂鋁尖晶石、電氣石、麥飯石。

(4) 制得的環保陶瓷材料具有較強的抗水浸泡能力，可在水中使用，用于水的凈化處理。

(5) 制得的環保陶瓷材料具有較好的物化性能，可滿足日常生活需要。

參考文獻

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