提高电气石陶瓷负离子产率的试验

陈子瑛，钟 翔，陈婉婉，李少华，曹南萍

（1.江西省萍乡工业陶瓷技术中心，江西 萍乡 337000；2.江西萍乡陶瓷产业基地管委会，江西 萍乡 337000）

【试验研究】

提高电气石陶瓷负离子产率的试验

陈子瑛1，钟 翔1，陈婉婉2，李少华2，曹南萍1

（1.江西省萍乡工业陶瓷技术中心，江西 萍乡 337000；2.江西萍乡陶瓷产业基地管委会，江西 萍乡 337000）

为了提高电气石陶瓷的负离子产率，以电气石质蜂窝陶瓷为研究对象，在不同温度、湿度、压力条件下进行负离子产率的测试。试验表明，电气石陶瓷的负离子产率与温度、湿度、压力成正变比关系，较高的温度、湿度、压力，可以促使电气石陶瓷释放更多的负离子。

负离子；电气石；陶瓷

1 前言

电气石矿物具有自发产生、释放负离子等功能，相对于具有同样功能的臭氧和光催化装置，有明显的优点。高电压臭氧离子发生器产生的臭氧，对人体健康有不良影响，也会对家用电器产生干扰并造成室内二次污染(墙壁发黑)，光催化装置的紫外线对人眼有致盲性，装置本身耗能较高，寿命也不长。而电气石完全没有类似缺点。但电气石制品的负离子产率在数百个至数千个/cm3，不及高电压臭氧发生装置的数万至十数万个的负氧离子水平[1]。如何有效提高电气石陶瓷的负离子产率，以改善环境质量，提升人体健康水平，具有重要的现实意义。鉴此，本文就电气石质蜂窝陶瓷在不同条件下的负离子产率进行了深入的研究，以期开拓应用于空调和空气净化领域。

2 试验研究

2.1 试验原料

按照电气石粉34%，助熔剂35%，粘土、硅藻土等助剂31%的配比，以蜂窝陶瓷的常规工艺配料、成形、干燥，在750～790℃烧成，制备直径50mm、高度50mm的三角形孔蜂窝陶瓷[2]，其孔密度22孔/ cm2，壁厚0.25mm，产品外观见图1，内部显微结构见图2，其吸水率39.8%。

图1 电气石质蜂窝陶瓷外观

图2 扫描电镜下的陶瓷显微结构

2.2 试验设备及仪器

试验用主要设备和检测仪器如下：ALP空气负氧离子浓度检测仪AIC2000，电脑冷却用风扇，家用超声波雾化器，家用高压锅，接有橡胶软管的U型液体压力计，DZF-1真空干燥箱，水银温度计等。

2.3 试验条件及方法

试验在22～24℃恒温的房间内进行测试，凡有水蒸气的试验，每次测试动作要快，并在测试后立即将负氧离子浓度检测仪放入真空干燥箱中除湿。

先分别测试电气石矿粉、电气石质蜂窝陶瓷的负离子量。①测试常温空气吹过蜂窝陶瓷后所产生的负离子量的方法是：将小电风扇直对蜂窝体的通孔，使气流与蜂窝体通孔平行，由蜂窝体的一端流入另一端，在蜂窝体的另一端，用负氧离子浓度检测仪检测孔道中流出气流的负离子量；②测试常温超声波雾化水蒸气吹过蜂窝陶瓷后所产生的负离子量的方法是：在小电风扇和蜂窝体之间放入家用超声波雾化器，开启雾化器待产生足够水蒸气后再开启小电风扇，使得饱和水蒸气在风扇的吹动下进入蜂窝体通孔，再从另一端流出，在蜂窝体的另一端出口处，用负氧离子浓度检测仪检测负离子量(图3)；③测试高温蒸汽直喷蜂窝体后所产生的负离子量的方法是：把高压锅内水烧沸，待有蒸汽不断排出时取下限压阀，将蒸汽水柱对准蜂窝体的通孔，待水蒸气流出到蜂窝体的另一端，即用负氧离子浓度检测仪检测负离子量。上述试验均在蜂窝体出口端用U型液体压力计测压力，用水银温度计测温度。

图3 试验装置和试验过程示意

3 试验结果及讨论

3.1 静态负离子量

在常温条件下，分别测试了电气石矿粉和电气石质蜂窝陶瓷在静态时的负离子产率，结果见表1。

表1 静态条件下的负离子释放量(室内环境温度23℃)

结果显示，含有34%的电气石，并经过高温烧成的电气石质蜂窝陶瓷，负离子释放量高于100%的电气石原矿，主要原因是电气石制成蜂窝陶瓷后，与空气等介质接触的表面积增多(像蜂窝陶瓷普遍有1 000m2/m3以上的比表面积)，加之电气石均匀分散在陶瓷体系中，静电场效率更高，因而可以对介质进行大面积、高效率的电解、极化，从而释放更多负离子。

3.2 动态负离子量

在动态条件下，分别测试出常温空气、常温水蒸气、高温高压水蒸气吹过电气石质蜂窝陶瓷通孔后所产生的负离子数量，结果见表2。

对比表1、表2中电气石质蜂窝陶瓷的静态和动态负离子量，后者是前者的5倍左右。究其原因：①电气石固有的高静电场和压电性[3]所致：当气体在风扇的气压下气流流过蜂窝体通孔时，气体与通孔上的电气石发生接触而被电解生成负离子，且气流对电气石产生微弱的机械压力，引发电气石产生压电效应(机械能转化为电能)，静电场和压电性对负离子的生成产生叠加效应，使负离子产率远高于静态的负离子产率；②气体流过蜂窝体通孔的气流量，大于静态空气的流量，相当于同等条件下反应物增多，则反应产物必然随之增加，因而动态条件下，负离子数量高于静态负离子数量。

表2 不同动态条件下电气石质蜂窝陶瓷通孔产生的负离子数量(室内环境温度23℃)

表2显示，同在动态条件下，常温超声波雾化水蒸气体系又比常温空气体系所产生的负离子高得多，是因为电气石104～107V/m高场强可以电解空气中的O2生成负氧离子O2-(H2O)n，也可以电解水分子生成负离子OH-(H2O)n，H2O是生成负离子的重要反应物，故反应物(水蒸气)数量或浓度增加必导致生成物增多。

表2中，高温水蒸气吹过电气石质蜂窝陶瓷通孔所产生的负离子数量，是常温水蒸气吹过电气石质蜂窝陶瓷通孔所产生的负离子数量的2～3倍，已接近高电压臭氧离子发生器的水平。这是电气石的压电效应和热电效应[3]发挥叠加作用所致：高温水蒸气吹过电气石质蜂窝陶瓷通孔比电脑风扇所产生的气压大，引发电气石产生压电效应的作用更强；同时100℃温度也比常温更能激发电气石的热电效应，压电和热电双重效应，使得在本试验中，高温水蒸气体系远比常温水蒸气体系有更高的负离子产率。当然，高温喷射方式产出的水蒸汽数量远比常温电风扇吹拂的水蒸气数量多得多，致反应产物增多也是一个方面的原因。

4 结论

(1) 蜂窝形电气石陶瓷的静态负离子产率优于电气石原矿。

(2) 电气石陶瓷的负离子产率与温度、湿度、压力成正变比关系，较高的温度、湿度、压力，可以促使电气石陶瓷释放更多的负离子。

[1]赵志宽.谈谈空气负离子发生器中臭氧的形成与抑制[J].家用电器科技，1986(6)：15-16.

[2]曹南萍.电气石陶瓷制备中相关问题探讨[J].中国非金属矿工业导刊，2013(2)：13-15，26.

[3]李璐，传秀云.电气石的结构、性能和应用开发[J].中国非金属矿工业导刊，2008(S1)：33-37.

[4]李雯雯，吴瑞华，董颖.电气石红外光谱和红外辐射特性的研究[J].高校地质学报，2008(3)：426-432.

[5]潘燕芬，梁金生.电气石矿物材料的活化水作用及其生物学效应研究[D].河北工业大学材料物理与化学系，2006.

Increase the Yield of the Negative Ion of Tourmaline Ceramic Experiment

CHEN Zi-ying1, ZHONG Xiang1, CHEN Wan-wan2, LI Shao-hua2, CAO Nan-ping1
(1. Jiangxi Province Pingxiang Industrial Ceramics Technology Center, Pingxiang 337000, China; 2. Jiangxi Province Pingxiang Industry Ceramics Base Management Committee, Pingxiang 337000, China)

In order to improve the production rate of the anion of tourmaline ceramic, tourmaline honeycomb ceramic as object, Under the condition of different temperature, humidity, pressure, negative ion yield test. Experimental results show that the production rate of the anion of tourmaline ceramic with temperature, humidity, pressure is becoming than relationship, high temperature, humidity, pressure, tourmaline ceramic releases more negative ions is promoted.

negative ions; tourmaline; ceramic

P619.29；TB321

A

1007-9386(2016)04-0016-02

2016-04-05