提高電氣石陶瓷負(fù)離子產(chǎn)率的試驗(yàn)

陳子瑛，鐘 翔，陳婉婉，李少華，曹南萍

（1.江西省萍鄉(xiāng)工業(yè)陶瓷技術(shù)中心，江西 萍鄉(xiāng) 337000；2.江西萍鄉(xiāng)陶瓷產(chǎn)業(yè)基地管委會(huì)，江西 萍鄉(xiāng) 337000）

【試驗(yàn)研究】

提高電氣石陶瓷負(fù)離子產(chǎn)率的試驗(yàn)

陳子瑛1，鐘 翔1，陳婉婉2，李少華2，曹南萍1

（1.江西省萍鄉(xiāng)工業(yè)陶瓷技術(shù)中心，江西 萍鄉(xiāng) 337000；2.江西萍鄉(xiāng)陶瓷產(chǎn)業(yè)基地管委會(huì)，江西 萍鄉(xiāng) 337000）

為了提高電氣石陶瓷的負(fù)離子產(chǎn)率，以電氣石質(zhì)蜂窩陶瓷為研究對(duì)象，在不同溫度、濕度、壓力條件下進(jìn)行負(fù)離子產(chǎn)率的測試。試驗(yàn)表明，電氣石陶瓷的負(fù)離子產(chǎn)率與溫度、濕度、壓力成正變比關(guān)系，較高的溫度、濕度、壓力，可以促使電氣石陶瓷釋放更多的負(fù)離子。

負(fù)離子；電氣石；陶瓷

1 前言

電氣石礦物具有自發(fā)產(chǎn)生、釋放負(fù)離子等功能，相對(duì)于具有同樣功能的臭氧和光催化裝置，有明顯的優(yōu)點(diǎn)。高電壓臭氧離子發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧，對(duì)人體健康有不良影響，也會(huì)對(duì)家用電器產(chǎn)生干擾并造成室內(nèi)二次污染(墻壁發(fā)黑)，光催化裝置的紫外線對(duì)人眼有致盲性，裝置本身耗能較高，壽命也不長。而電氣石完全沒有類似缺點(diǎn)。但電氣石制品的負(fù)離子產(chǎn)率在數(shù)百個(gè)至數(shù)千個(gè)/cm3，不及高電壓臭氧發(fā)生裝置的數(shù)萬至十?dāng)?shù)萬個(gè)的負(fù)氧離子水平[1]。如何有效提高電氣石陶瓷的負(fù)離子產(chǎn)率，以改善環(huán)境質(zhì)量，提升人體健康水平，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。鑒此，本文就電氣石質(zhì)蜂窩陶瓷在不同條件下的負(fù)離子產(chǎn)率進(jìn)行了深入的研究，以期開拓應(yīng)用于空調(diào)和空氣凈化領(lǐng)域。

2 試驗(yàn)研究

2.1 試驗(yàn)原料

按照電氣石粉34%，助熔劑35%，粘土、硅藻土等助劑31%的配比，以蜂窩陶瓷的常規(guī)工藝配料、成形、干燥，在750～790℃燒成，制備直徑50mm、高度50mm的三角形孔蜂窩陶瓷[2]，其孔密度22孔/ cm2，壁厚0.25mm，產(chǎn)品外觀見圖1，內(nèi)部顯微結(jié)構(gòu)見圖2，其吸水率39.8%。

圖1 電氣石質(zhì)蜂窩陶瓷外觀

圖2 掃描電鏡下的陶瓷顯微結(jié)構(gòu)

2.2 試驗(yàn)設(shè)備及儀器

試驗(yàn)用主要設(shè)備和檢測儀器如下：ALP空氣負(fù)氧離子濃度檢測儀AIC2000，電腦冷卻用風(fēng)扇，家用超聲波霧化器，家用高壓鍋，接有橡膠軟管的U型液體壓力計(jì)，DZF-1真空干燥箱，水銀溫度計(jì)等。

2.3 試驗(yàn)條件及方法

試驗(yàn)在22～24℃恒溫的房間內(nèi)進(jìn)行測試，凡有水蒸氣的試驗(yàn)，每次測試動(dòng)作要快，并在測試后立即將負(fù)氧離子濃度檢測儀放入真空干燥箱中除濕。

先分別測試電氣石礦粉、電氣石質(zhì)蜂窩陶瓷的負(fù)離子量。①測試常溫空氣吹過蜂窩陶瓷后所產(chǎn)生的負(fù)離子量的方法是：將小電風(fēng)扇直對(duì)蜂窩體的通孔，使氣流與蜂窩體通孔平行，由蜂窩體的一端流入另一端，在蜂窩體的另一端，用負(fù)氧離子濃度檢測儀檢測孔道中流出氣流的負(fù)離子量；②測試常溫超聲波霧化水蒸氣吹過蜂窩陶瓷后所產(chǎn)生的負(fù)離子量的方法是：在小電風(fēng)扇和蜂窩體之間放入家用超聲波霧化器，開啟霧化器待產(chǎn)生足夠水蒸氣后再開啟小電風(fēng)扇，使得飽和水蒸氣在風(fēng)扇的吹動(dòng)下進(jìn)入蜂窩體通孔，再從另一端流出，在蜂窩體的另一端出口處，用負(fù)氧離子濃度檢測儀檢測負(fù)離子量(圖3)；③測試高溫蒸汽直噴蜂窩體后所產(chǎn)生的負(fù)離子量的方法是：把高壓鍋內(nèi)水燒沸，待有蒸汽不斷排出時(shí)取下限壓閥，將蒸汽水柱對(duì)準(zhǔn)蜂窩體的通孔，待水蒸氣流出到蜂窩體的另一端，即用負(fù)氧離子濃度檢測儀檢測負(fù)離子量。上述試驗(yàn)均在蜂窩體出口端用U型液體壓力計(jì)測壓力，用水銀溫度計(jì)測溫度。

圖3 試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)過程示意

3 試驗(yàn)結(jié)果及討論

3.1 靜態(tài)負(fù)離子量

在常溫條件下，分別測試了電氣石礦粉和電氣石質(zhì)蜂窩陶瓷在靜態(tài)時(shí)的負(fù)離子產(chǎn)率，結(jié)果見表1。

表1 靜態(tài)條件下的負(fù)離子釋放量(室內(nèi)環(huán)境溫度23℃)

結(jié)果顯示，含有34%的電氣石，并經(jīng)過高溫?zé)傻碾姎馐|(zhì)蜂窩陶瓷，負(fù)離子釋放量高于100%的電氣石原礦，主要原因是電氣石制成蜂窩陶瓷后，與空氣等介質(zhì)接觸的表面積增多(像蜂窩陶瓷普遍有1 000m2/m3以上的比表面積)，加之電氣石均勻分散在陶瓷體系中，靜電場效率更高，因而可以對(duì)介質(zhì)進(jìn)行大面積、高效率的電解、極化，從而釋放更多負(fù)離子。

3.2 動(dòng)態(tài)負(fù)離子量

在動(dòng)態(tài)條件下，分別測試出常溫空氣、常溫水蒸氣、高溫高壓水蒸氣吹過電氣石質(zhì)蜂窩陶瓷通孔后所產(chǎn)生的負(fù)離子數(shù)量，結(jié)果見表2。

對(duì)比表1、表2中電氣石質(zhì)蜂窩陶瓷的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)負(fù)離子量，后者是前者的5倍左右。究其原因：①電氣石固有的高靜電場和壓電性[3]所致：當(dāng)氣體在風(fēng)扇的氣壓下氣流流過蜂窩體通孔時(shí)，氣體與通孔上的電氣石發(fā)生接觸而被電解生成負(fù)離子，且氣流對(duì)電氣石產(chǎn)生微弱的機(jī)械壓力，引發(fā)電氣石產(chǎn)生壓電效應(yīng)(機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能)，靜電場和壓電性對(duì)負(fù)離子的生成產(chǎn)生疊加效應(yīng)，使負(fù)離子產(chǎn)率遠(yuǎn)高于靜態(tài)的負(fù)離子產(chǎn)率；②氣體流過蜂窩體通孔的氣流量，大于靜態(tài)空氣的流量，相當(dāng)于同等條件下反應(yīng)物增多，則反應(yīng)產(chǎn)物必然隨之增加，因而動(dòng)態(tài)條件下，負(fù)離子數(shù)量高于靜態(tài)負(fù)離子數(shù)量。

表2 不同動(dòng)態(tài)條件下電氣石質(zhì)蜂窩陶瓷通孔產(chǎn)生的負(fù)離子數(shù)量(室內(nèi)環(huán)境溫度23℃)

表2顯示，同在動(dòng)態(tài)條件下，常溫超聲波霧化水蒸氣體系又比常溫空氣體系所產(chǎn)生的負(fù)離子高得多，是因?yàn)殡姎馐?04～107V/m高場強(qiáng)可以電解空氣中的O2生成負(fù)氧離子O2-(H2O)n，也可以電解水分子生成負(fù)離子OH-(H2O)n，H2O是生成負(fù)離子的重要反應(yīng)物，故反應(yīng)物(水蒸氣)數(shù)量或濃度增加必導(dǎo)致生成物增多。

表2中，高溫水蒸氣吹過電氣石質(zhì)蜂窩陶瓷通孔所產(chǎn)生的負(fù)離子數(shù)量，是常溫水蒸氣吹過電氣石質(zhì)蜂窩陶瓷通孔所產(chǎn)生的負(fù)離子數(shù)量的2～3倍，已接近高電壓臭氧離子發(fā)生器的水平。這是電氣石的壓電效應(yīng)和熱電效應(yīng)[3]發(fā)揮疊加作用所致：高溫水蒸氣吹過電氣石質(zhì)蜂窩陶瓷通孔比電腦風(fēng)扇所產(chǎn)生的氣壓大，引發(fā)電氣石產(chǎn)生壓電效應(yīng)的作用更強(qiáng)；同時(shí)100℃溫度也比常溫更能激發(fā)電氣石的熱電效應(yīng)，壓電和熱電雙重效應(yīng)，使得在本試驗(yàn)中，高溫水蒸氣體系遠(yuǎn)比常溫水蒸氣體系有更高的負(fù)離子產(chǎn)率。當(dāng)然，高溫噴射方式產(chǎn)出的水蒸汽數(shù)量遠(yuǎn)比常溫電風(fēng)扇吹拂的水蒸氣數(shù)量多得多，致反應(yīng)產(chǎn)物增多也是一個(gè)方面的原因。

4 結(jié)論

(1) 蜂窩形電氣石陶瓷的靜態(tài)負(fù)離子產(chǎn)率優(yōu)于電氣石原礦。

(2) 電氣石陶瓷的負(fù)離子產(chǎn)率與溫度、濕度、壓力成正變比關(guān)系，較高的溫度、濕度、壓力，可以促使電氣石陶瓷釋放更多的負(fù)離子。

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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