负离子功能材料研究进展

孙 伟，于海媛，姚露贤，李 宏，刘 冰，李继平，付晓霞，崔铁花，魏松艳

(吉林省林业科学研究院，吉林 长春 130033)

随着工业化进程加快，整个大气环境都面临污染，城乡空气正、负离子比例失衡，水体污染，人口密集区植被稀少，空气质量指数超标。人类居住环境压力使一种能够改善环境、保护人体健康的负离子功能材料成为目前研究重点。

1 空气负离子

空气负离子也叫负氧离子，是指获得多余成对电子而带负电荷的氧气离子，由于大气受紫外线、雷电、宇宙射线、放射物质、土壤和空气放射线等因素影响发生电离而产生，具有净化空气、抗氧化、防衰老、清除体内自由基等功能，在医学界享有“维他氧” “空气维生素”等美称。

2 负离子释放材料

随着工业发展，环境污染日益严重，空气中负离子浓度(单位体积空气中负离子数目，下同)越来越低，人体健康受到威胁，为改善空气质量，增加空气负离子浓度，使用人工方法(空气负离子发生器和负离子材料)提高负离子浓度成为人们研究热点。

2.1负离子释放材料分类及主要成分

负离子释放材料是产生负离子的有效途径，它们的主要成分也各不相同，详见表1。其中，电气石无毒、无污染、资源丰富，并具净化水质、净化空气、杀菌等功能，因此，具有很大优势和研究前景。

表1 负离子释放材料分类及主要成分

2.2电气石应用现状

在改善环境方面，采用负离子发生器提高负离子浓度需消耗能源来提供电压，并且有些不合格产品在释放负离子过程中会产生臭氧。电气石可以自发、持续地释放负离子，并能辐射红外线，杀菌抗菌。电气石可通过物理或化学方法与其他材料复合，可制得多种功能材料，被广泛应用于环保、电子、医药、化工、轻工、建材等领域。中国的电气石功能矿物的产地达150多处，有80多处电气石储存量在数千万吨以上，所以电气石功能复合材料的研发对电气石功能矿物的高性能利用以及新型功能复合材料的制备均具有重要意义[1]。

3 负离子功能材料研究现状

3.1国外研究概况

1989年，日本学者Kubo[2]在一次调研时发现，某些河流的水质明显优于其他河流。通过反复验证得知，水质优良是因为该段河流通过一片电气石矿区，后又通过大量试验，证实电气石对净化水质具有一定作用。1998年，Kubo[3]通过电气石电解水产生氢气的试验发现电气石具有释放负离子功能，这对改善环境质量具有十分重要作用。由此，电气石的开发利用越来越受到科学家的关注。2001年，Geissler等[4]通过试验发现，电气石表面存在微电场，以此证明电气石释放负离子的原理，为电气石释放负离子功能材料的开发提供理论基础。2001年，Yoshio M[5]将电气石粉作为添加剂，与纤维合成制得新型Advanced Performance纤维，研究发现，该种纤维具有辐射远红外线和释放负离子的功能。此后，电气石粉逐渐被应用于纺织行业，研制出多种具有释放负离子功能的纺织产品。2009年，Se-kyu[6]以电气石为添加剂，研发出墙砖、地板砖等多功能建筑材料。

3.2国内研究概况

在国内，电气石负离子功能材料主要应用于建筑材料、纺织用品和生活用品。

3.2.1负离子建筑材料研究

中国建筑材料科学研究院研制出一种能产生空气负离子的复合材料，主要成分为电气石、稀土复合盐类、纳米半导体材料等，具有释放效率高、应用范围广等特点[7]。

电气石因其具备释放负离子辐射远红外线等保健功能受到广泛关注，可作为填料添加到聚合物复合材料中。先用改性剂山梨醇酐单硬脂酸酯(Span-60)对电气石粉进行表面有机改性，改善了电气石表面的亲油性，通过熔融共混法制备了热塑性淀粉(TPS)/聚己二酸对苯二甲酸丁二酯(PBAT)/电气石复合材料。该材料具有优异的负离子释放功能，较高的远红外辐射率，其远红外辐射率达到0.95以上[8]。

康文杰系统地探索影响电气石负离子释放效率的外部因素，以其作为添加剂制备出具有负离子释放功能的环境友好型多孔陶瓷与釉面砖[9]。

3.2.2负离子纺织材料研究

国内对负离子纺织材料的研究起步较晚，20世纪90年代，中国科学院发明出一种具有自发热功能及负离子释放功能的“负离子特种功能纤维”，被应用于保暖内衣上。钟纺公司将电气石研磨成细粉后，作为添加剂加入到纺丝中制得能够释放负离子的纤维，并且负离子释放能力不受水洗影响[10]。

董飞逸选用普通涤纶织物作为基布，对其进行负离子光触媒复合功能整理，采用纳米Ti02做光触媒、电气石粉做负离子发生材料制备负离子空气净化织物。复合整理工艺织物的负离子释放量可达3 250个·cm-3[11]。

天津市赛远保健品有限公司研制出负离子远红外线多功能保健纤维，其特点是通过远红外作用，提高负离子吸收率，高效地调节人体周围空气质量。该技术是将具有释放负离子功能的微细陶瓷粉体材料制成多功能母粒，再采用高科技共混熔融纺丝，将其纺织成负离子远红外线功能纤维，制作空调环保纺织品[12]。

3.2.3负离子生活用品研究

近年来，电气石因其在空气中可产生负离子，在水体环境中可吸附重金属离子，因此，电气石在人类日用品行业得到广泛应用。

黄凤萍等人将电气石、抗菌剂应用到陶瓷加工工艺中，研制出集释放负离子、抗菌于一体的陶瓷产品[13]。

袁昌来等人以电气石、纳米TiO2和镧系稀土氧化物为主要原料，研制出空气负离子保健材料。试验检测证实，当电气石添加量为40%时，该保健材料的负离子释放量最高达2 000个·cm-3[14]。

4 负离子功能材料发展前景

研发新型负离子功能材料，不仅可以满足人们物质文化及健康的需要，而且还可以提高产品的科技含量和附加值，在工业、农业、化工、纺织、建材等领域必将有广泛的应用前景。纵观负离子功能材料的研究进展，我们发现，将负离子释放材料添加到石塑木复合板材中制成集环保、保健等功能于一体的工业用材，在国内外尚属空白，可广泛应用于室内外装饰装修、城市生态景观建设等，并且具有健康、绿色环保、不腐蚀、抗老化、防水、可回收利用等特点，进行该产品研发对于该产业的发展具有重要现实意义。

参考文献

[1]胡应模，陈旭波，汤明茹.电气石功能复合材料研究进展及前景展望[J]. 地学前缘，2014，21(5)：331-337.

[2]T Kubo. Interface activity of water given rise by tourmaline[J].SolidStatePhysics，1989，24(12): 121-123.

[3]Kubo T. Apparatus and method for producing air containing minus alkali ion[P]. United States Patent: 5728288，1998-03-17.

[4]L Geissler，D Christoph. Auto ionization in liquid water[J].Science，2001，291(5511): 2121-2124.

[5]Yoshio Machi. Physiology effects when wearing AP fiber cloth containing special tourmaline crystal powder[J].JournalofInternationalSocietyofLifeInformationScience，2001，19(1): 69-72.

[6]Se-kyu IM. Material composition using mainly yellow soil for civil engineering and construction[P]. United States Patent: 7556686，2009-07-07.

[7]金宗哲，梁金生，冀志江，等.能高效产生空气负离子的电气石复合粉体及其制备方法[P].中国专利:CN1386550，2002-12-25.

[8]刘权，胡英模.电气石可降解功能材料的研制[C].// 2016年全国矿物科学与工程学术研讨会摘要集.

[9]康文杰.电气石负离子释放材料的制备及性能研究[D]. 西安：陕西科技大学，2013.

[10]钟正刚.负离子、电气石和负离子纤维[C].//第二届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集.北京:中国纺织上程学会，2002 : 55 - 56.

[11]董飞逸.负离子空气净化装饰织物的开发与性能研究[D]. 西安：西安工程大学，2016.

[12]栾凤祥.关于负离子远红外线纺织品应用理论的探讨[J]. 天津纺织科技，2000，(4)：10-12.

[13]黄凤萍，雷建，李缨，等.负离子抗菌复合陶瓷研究[J].硅酸盐通报，2006，25 ( 5 ):147-151.

[14]袁昌来，董发勤.空气负离子保健基元材料的研究[J].中国矿业，2005，14 (1): 53-56.