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负离子环保陶瓷的研究
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来源：《佛山陶瓷》 作者：黄凤萍 李 缨 发布时间：2007-08-21
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摘 要 负离子释放材料是一种能够改善污染环境的新型材料。通过将负离子释放材料——电气石加入到陶瓷原料中，制得能够在空气中释放较高负离子浓度的新型陶瓷产品。本文研究了配方、烧结温度和水浸泡对负离子释放量的影响，并利用X射线衍射研究了该陶瓷的晶相结构。
关键词 负离子,电气石,环保,陶瓷
1前言
当前，室内环境污染在逐渐加剧。其主要污染物为甲醛、氰化物、酞酸酯、汞、镉、铬等有害物质。人们长期在室内污染环境中生活、工作，对身体危害非常大，常常会诱发各种疾病。因此，如何消除污染是我们每一个科技工作者的责任和义务。
国外研究证明：环境功能材料具有电自极化性能，极化能量来自温度变化，在光源条件下可产生负离子，催化分解甲醛等有害有机分子、促进空气中悬浮物的沉降，从而净化空气；可吸附水中重金属，调节水的pH值至中性,具有活化水分子的作用［1～4］。因此，开发能够消除环境污染、促进人民身体健康的材料，特别是能够循环使用的环保陶瓷材料，不仅对社会有利，同时也具有非常广阔的市场前景。
空气负离子的保健作用已被众多研究所验证，负离子含量与人体健康的关系如表1所示［5］。此外，负离子对血液有一定的净化功能、细胞复活作用，可以增强人体的抵抗力，还可以除去各种异味，具有较强的吸附与分解作用［6］。
使空气电离产生负离子的原因，是某种稀土类矿石或天然矿物质所释放的微弱放射线不断将空气中的微粒离子化，产生负离子。电气石和麦饭石就是具备这种功能的材料。
电气石是电气石族矿物的总称，化学成分较复杂，是以含硼为特征的铝、钠、铁、镁、锂的环状结构硅酸盐矿物。其化学式为（Na,Ca）(Mg,Fe)3B3Al6Si6(O,OH,F)31，并含有微量铬、锰、钛、铯等对人体有益的元素。电气石自身具有电磁场，当温度和压力有微小变化时，即可使矿石晶体之间产生电势差(电压)。这个能量可促使周围空气中水分子发生电离，脱离出的电子附着于邻近的水和氧分子,使它们转化为空气中的负离子［7，8］。
麦饭石是产于山谷溪水中的斑状豆砾石,其所含的矿物质和化学成分对人体有益。经麦饭石处理的水，不仅可增加人体所需要的多种矿物质,而且使水中离子变化活跃,可以调节水质；同时,麦饭石能吸附水中因污染所致的微量毒性物质如水银、镉、酞酸脂、氰化物、氯气和多种有害细菌，从而把水变成洁净的活性矿物水。
负离子环保陶瓷产品已大量在日本和韩国等东方发达国家生产和使用。广泛用于卫生间、桑拿房和日常生活用品等直接关系人体健康有关的环境。
2实验方法
2.1 原 料
电气石超细粉(原产新疆阿尔泰地区)：
其化学成分见表2。细度为90%≤2μm。
麦饭石（原产内蒙古）：
其化学成分见表2，此外还含有稀土和稀有元素，如镱、镝、钐、铒、钆、钇、镨、镧、钕等。细度为90%≤2μm。
苏州土:在坯体中起骨架作用。
长 石:用于降低坯体的烧结温度。
2.2 配方组成
实验所用配方如表3所示。
其中#3配方的坯式为：
2.3 制备工艺［9］
按照上述配方进行配料，按球:料:水=2:1:0.6加入研磨罐中，在辊式研磨机上研磨到全部通过万孔筛。然后烘干、手工造粒，在手动压机上压制成20mm×20mm×8mm的样品。分别在1030℃、1060℃、1090℃、1120℃烧成。
2.4 性能测试
用日本X-Pert PRO MPD(PANalytical)X-衍射仪对样品进行晶相分析。
用日本ARS INC公司Dr.ION离子测定仪测定负离子释放性能：先用游标卡尺准确量出试样的尺寸，算出试样的体积，然后在空气中将Dr.ION离子测定仪探头部分紧紧放在试样上，待读数稳定后读出负离子数。将读出的负离子数除以试样的体积，即可得到试样的负离子释放量。
用水煮法测定试样的吸水率。
3结果与讨论
3.1 X衍射晶相分析
分析结果如图1所示，由图可见样品的主晶相为：石英、莫来石、镁铝尖晶石、电气石和麦饭石；试样中还有部分玻璃相。
3.2 负离子释放量
实验样品的负离子释放量如图2、图3所示。
图2为6个样品分别在1030℃、1060℃、1090℃、1120℃烧成后的负离子释放量。从图2可以得出：(1)样品的负离子释放量随着样品中电气石含量的提高而增大，最高为#6样品，其释放量达3321个/m3；不加电气石的#1样，没有负离子放出，这说明负离子是由电气石产生的。(2)电气石的加入量在9%以下时，负离子的释放量随电气石的加入增加较快；超过9%以后，其增加的速度要慢一些。考虑到电气石的成本，加入量在10%左右较为合适。
从图3可得：负离子的释放量随着烧成温度的提高而降低。当温度高于1090℃时，负离子的释放量降低较快。为了保证电气石的负离子释放量，烧成温度在1090℃以下较为合适。
图4是#2，#3，#4，#5，#6配方在1060℃烧成后，分别在水中浸泡0、1、3、5、10天，取出晾干，用离子测定仪测量负离子释放量。从图4可得：所制备的负离子陶瓷，在水中浸泡一段时间后，对负离子的释放量影响不大。
3.3 样品外观与吸水率
所制备的样品均为红褐色，随着电气石加入量的提高，颜色越来越深,坯体的烧结温度降低、烧结程度提高。
通过图5可以看出：随着烧结温度的提高，坯体的吸水率逐渐下降、这说明坯体的烧结程度逐渐提高，这从坯体的颜色变化也得到证实。
根据该产品的使用特性，初步确定配方中电气石的加入量在10%左右、烧成温度在1080～1090℃较为合适，既保证了负离子的释放量，又降低了成本。
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