摘 要 負(fù)離子釋放材料是一種能夠改善污染環(huán)境的新型材料。通過將負(fù)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(fù)離子濃度的新型陶瓷產(chǎn)品。本文研究了配方、燒結(jié)溫度和水浸泡對負(fù)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(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞 負(fù)離子，電氣石，環(huán)保，陶瓷

1前言

當(dāng)前，室內(nèi)環(huán)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(zhì)。人們長期在室內(nèi)污染環(huán)境中生活、工作，對身體危害非常大，常常會誘發(fā)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(zé)任和義務(wù)。

國外研究證明：環(huán)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(chǎn)生負(fù)離子，催化分解甲醛等有害有機(jī)分子、促進(jìn)空氣中懸浮物的沉降，從而凈化空氣；可吸附水中重金屬，調(diào)節(jié)水的pH值至中性，具有活化水分子的作用^［1～4］。因此，開發(fā)能夠消除環(huán)境污染、促進(jìn)人民身體健康的材料，特別是能夠循環(huán)使用的環(huán)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(fù)離子的保健作用已被眾多研究所驗證，負(fù)離子含量與人體健康的關(guān)系如表1所示^［5］。此外，負(fù)離子對血液有一定的凈化功能、細(xì)胞復(fù)活作用，可以增強(qiáng)人體的抵抗力，還可以除去各種異味，具有較強(qiáng)的吸附與分解作用^［6］。

使空氣電離產(chǎn)生負(fù)離子的原因，是某種稀土類礦石或天然礦物質(zhì)所釋放的微弱放射線不斷將空氣中的微粒離子化，產(chǎn)生負(fù)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(xué)成分較復(fù)雜，是以含硼為特征的鋁、鈉、鐵、鎂、鋰的環(huán)狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物。其化學(xué)式為（Na，Ca）(Mg，F(xiàn)e)3B3Al6Si6(O，OH，F(xiàn))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(dāng)溫度和壓力有微小變化時，即可使礦石晶體之間產(chǎn)生電勢差(電壓)。這個能量可促使周圍空氣中水分子發(fā)生電離，脫離出的電子附著于鄰近的水和氧分子，使它們轉(zhuǎn)化為空氣中的負(fù)離子^{［7，8］}。

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

負(fù)離子環(huán)保陶瓷產(chǎn)品已大量在日本和韓國等東方發(fā)達(dá)國家生產(chǎn)和使用。廣泛用于衛(wèi)生間、桑拿房和日常生活用品等直接關(guān)系人體健康有關(guān)的環(huán)境。

2實驗方法

2.1 原 料

電氣石超細(xì)粉(原產(chǎn)新疆阿爾泰地區(qū))：

其化學(xué)成分見表2。細(xì)度為90%≤2μm。

麥飯石（原產(chǎn)內(nèi)蒙古）：

其化學(xué)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(xì)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(jié)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(jìn)行配料，按球:料:水=2:1:0.6加入研磨罐中，在輥式研磨機(jī)上研磨到全部通過萬孔篩。然后烘干、手工造粒，在手動壓機(jī)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(jìn)行晶相分析。

用日本ARS INC公司Dr.ION離子測定儀測定負(fù)離子釋放性能：先用游標(biāo)卡尺準(zhǔn)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(shù)穩(wěn)定后讀出負(fù)離子數(shù)。將讀出的負(fù)離子數(shù)除以試樣的體積，即可得到試樣的負(fù)離子釋放量。

用水煮法測定試樣的吸水率。

3結(jié)果與討論

3.1 X衍射晶相分析

分析結(jié)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(fù)離子釋放量

實驗樣品的負(fù)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(fù)離子釋放量。從圖2可以得出：(1)樣品的負(fù)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(dá)3321個/m3；不加電氣石的#1樣，沒有負(fù)離子放出，這說明負(fù)離子是由電氣石產(chǎn)生的。(2)電氣石的加入量在9%以下時，負(fù)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?？紤]到電氣石的成本，加入量在10%左右較為合適。

從圖3可得：負(fù)離子的釋放量隨著燒成溫度的提高而降低。當(dāng)溫度高于1090℃時，負(fù)離子的釋放量降低較快。為了保證電氣石的負(fù)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(fù)離子釋放量。從圖4可得：所制備的負(fù)離子陶瓷，在水中浸泡一段時間后，對負(fù)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(jié)溫度降低、燒結(jié)程度提高。

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

根據(jù)該產(chǎn)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(fù)離子的釋放量，又降低了成本。

4結(jié)論

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

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

(3) 制得的環(huán)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(huán)保陶瓷材料具有較強(qiáng)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(huán)保陶瓷材料具有較好的物化性能，可滿足日常生活需要。

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