电气石负离子释放材料的制备及性能研究

摘要

负离子能够改善大气环境质量、保护人体健康，是衡量空气质量清洁程度的重要指标之一。近年来，大城市人口密集区存在着负离子消耗异常严重的突出现象，这就使得新型负离子释放材料的研发成为环境科学研究领域的热点。电气石是一种含钠、镁、铁、锰、铝、锂等多种金属离子的水合环状硼硅酸盐晶体，其储量丰富并且具有持续释放负离子的特点，在污染防治领域具有广阔的应用前景。
　　 目前，国内外研究者对电气石的开发应用主要集中在通过掺杂激发的方式来调控其负离子的释放效率，而有关外部条件对其负离子激发的研究却鲜有报道。本研究系统地探索了影响电气石负离子释放效率的外部因素，且以其作为添加剂制备出了具有负离子释放功能的环境友好型的多孔陶瓷与釉面砖。
　　 本研究对不同区域、时间、天气条件下的空气负离子浓度进行了对比监测，探讨了影响大气负离子浓度的因素，以此参照分析了电气石激发释放负离子效率的外部因素，并在此基础上对制备的含有电气石的多孔陶瓷与釉面砖进行了性能分析。采用XRD分析了陶瓷样品的成分，采用负离子检测仪测量了其负离子释放量，并通过万能材料抗压强度测试仪检测了样品的力学性能。主要的研究成果包括:
　　 (1)除了人为活动消耗外，温度、湿度、气流、水流、空气悬浮物等是影响空气负离子浓度的主要因素。其中，空气流动和水流冲击的影响最为明显;宏观温度和湿度，与空气负离子浓度成正比;空气悬浮物（诸如粉尘、汽车尾气等）极大的消耗空气中的负离子，与其浓度呈反比。
　　 (2)影响电气石负离子释放效率的主要外部因素有环境温度、湿度、气流以及电气石材料与空气介质的接触面积，其中接触面积的影响最为突出。同体积粉体，与空气接触面积越大，电气石负离子释放效率越高。在恒温条件下，温度越高，电气石释放负离子效率越高。温度波动时，其释放负离子效率也会明显提高。环境湿度与电气石释放负离子效率成正比。粉体厚度超过0.5cm后，对负离子释放效率影响不大。电气石释放负离子的作用范围很小，在密闭空间中，只有20cm范围内才能检测到电气石高效地释放负离子。因此，利用电气石释放负离子时，应将其置于通风良好的地方，以便于产生的负离子可以及时得到有效的利用。
　　 (3)利用多孔陶瓷比表面积大的特性，将电气石粉体掺杂制备多孔陶瓷。高的孔隙率，大大增加了同体积下电气石粉体与空气的接触面积，提高了电气石释放负离子的效率。研究发现，体积为1cm3的多孔陶瓷样品，负离子释放量可达900个/cm3，比同体积同成分实体陶瓷的负离子释放量高12.5％，且节约了80％的资源。
　　 (4)电气石粉体掺杂到釉料中，制备负离子釉面砖。正交分析发现，影响釉面砖负离子释放量的三因素主次为:上釉次数＞烧结温度＞电气石含量。研究发现上釉次数为四次，烧结温度为600℃，电气石含量为10％时，负离子釉面砖释放能力最高，为400个/cm3。
　　 研究认为:电气石的负离子释放效率受到环境温度、湿度、气流以及其与空气介质的接触面积等外部条件的影响，其中接触面积的影响最为突出。在室内环境中保持湿度和气流通畅，电气石负离子释放材料及其陶瓷制品可以有效提高该区域内的负离子浓度。

目录

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 电气石的矿物学特征和理化特征

1．2．1 电气石的矿物学特征

1．2．2 电气石的晶体形貌和结构

1．2．3 电气石的物理特征

1．2．4 电气石的化学特征

1．3 负离子的研究意义与价值

1．3．1 负离子的产生

1．3．2 负离子对环境、人类的意义

1．4 电气石释放负离子的意义和机理

1．4．1 电气石释放负离子的意义

1．4．2 电气石释放负离子的机理

1．5 电气石作为负离子释放剂的国内外研究应用现状

1．5．1 国外研究现状

1．5．2 国内应用现状

1．5．3 国内研究现状

1．6 课题的研究内容

2 空气负离子浓度变化规律测定分析

2．1 研究方法

2．1．1 测量点选取

2．1．2 测量仪器

2．1．3 测量方法

2．2 空气负离子浓度变化特点

2．2．1 随天气变化

2．2．2 随昼夜变化

2．2．3 随人流量变化

2．2．4 室内外差异

2．3 影响负离子浓度的因素探讨

2．3．1 温度

2．3．2 湿度

2．3．3 气流

2．3．4 水流

2．3．5 空气悬浮物

2．4 本章小结

3 电气石释放负离子效率的影响因素探讨

3．1 引言

3．2 实验原料和设备

3．2．1 实验原料

3．2．2 实验仪器设备

3．3 实验过程

3．4 结果与讨论

3．4．1 测量距离对负离子释放量的影响

3．4．2 粉体厚度对负离子释放量的影响

3．4．3 粉体表面积对负离子释放量的影响

3．4．4 温度对负离子释放量的影响

3．4．5 湿度对负离子释放量的影响

3．5 本章小结

4 电气石作为负离子释放剂制备多孔陶瓷

4．1 引言

4．2 实验原料和设备

4．2．1 实验药品

4．2．2 实验设备

4．3 实验过程

4．4 实验结果讨论

4．4．1 多孔陶瓷烧成温度的确定

4．4．2 羧甲基纤维素(cmc)对多孔陶瓷的物理性能及负离子释放能力的影响

4．4．3 聚乙二醇对多孔陶瓷的物理性能及负离子释放能力的影响

4．5 本章小结

5 电气石作为负离子释放剂制备陶瓷釉面砖

5．1 前言

5．2 实验原料和设备

5．2．1 实验原料

5．2．2 实验设备

5．3 实验过程

5．4 实验结果讨论

5．4．1 不同烧结温度下的XRD曲线

5．4．2 影响釉面砖负离子释放量的因素探讨

5．5 本章小结

6 结论

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

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