負(fù)離子瓷磚對單組分空氣分子作用影響分析

李 強(qiáng)，吳飛翔，吳 蘭 ，羅 斌，顧曉朦

（1.廣東特地陶瓷有限公司，佛山528000；2.佛山市天工嘉薈文化科技有限公司，佛山528000）

關(guān)健詞：負(fù)離子瓷磚；誘生負(fù)離子；單組分氣體影響

1 前言

“負(fù)離子”具有明確的定義，指的是分子或原子在外界環(huán)境作用下而攜帶額外的電子，從而形成的具有負(fù)電荷的離子[1]?？梢?，具有獲得電子能力的分子或原子，都能形成相應(yīng)的“負(fù)離子”，其中負(fù)氧離子是獲得一個(gè)或多個(gè)電子的氧氣離子，空氣中對電子有親和力的只有O2、H2O和CO2，而H2O和CO2所占甚微，因此空氣中存在的負(fù)離子大部分是負(fù)氧離子[2]。

空氣負(fù)離子產(chǎn)生的機(jī)理主要分兩種：自然條件、人為條件。自然條件下促使中性分子電離的能量來源主要有：Lenard效應(yīng)，瀑布、水浪等通過撞擊電離周圍的空氣；宇宙射線和太陽紫外線等因素的影響發(fā)生電離，被釋放出的電子經(jīng)過地球吸收后再釋放出來很快又和空氣中的中性分子結(jié)合，而成為負(fù)離子，或稱為陰離子，這也是自然界產(chǎn)生負(fù)離子的主要原因；其它如植物尖端放電及光合作用中的光電效應(yīng)；大氣和地殼中的放射性物質(zhì)的作用等[3]。人工方式下產(chǎn)生空氣負(fù)離子主要有：負(fù)離子發(fā)生器、天然礦物電氣石、人工合成負(fù)離子發(fā)生材料[4-5]。

負(fù)離子是不穩(wěn)定的，其存在時(shí)間非常短暫，空氣中負(fù)離子濃度的多少，受地理?xiàng)l件等特殊性影響而含量不同，與上述負(fù)離子產(chǎn)生的原因?qū)?yīng)，一般在公園、郊區(qū)田野、海濱、湖泊、瀑布附近和森林中負(fù)離子含量較多，而在居住、工作環(huán)境及一些市區(qū)公共場所，負(fù)離子含量很低[6]。負(fù)離子瓷磚已成為行業(yè)近兩年的主流產(chǎn)品，研究負(fù)離子瓷磚對環(huán)境空氣中負(fù)離子產(chǎn)生影響，測試各種不同單組分氣體條件下負(fù)離子瓷磚產(chǎn)生空氣負(fù)離子的效果對比影響有重要意義。

2 負(fù)離子動(dòng)態(tài)性對比實(shí)驗(yàn)

2.1 儀器及測試條件

負(fù)離子瓷磚樣品（廣東特地陶瓷有限公司）；手持型FS9000型輻射儀；日本COM-3200PRO II空氣負(fù)離子檢測儀；自制帶氣壓表封閉單組分氣體測試箱；溫濕度計(jì)。環(huán)境溫度為26℃，環(huán)境相對濕度為48%，環(huán)境本底輻射劑量為 0.09 μSv/h。

2.2 樣品

實(shí)驗(yàn)樣品大理石、釉面磚、耐磨磚、仿古磚，四種釉料主要化學(xué)組成列于表1。

2.3 單組分氣體測試

將上述四種負(fù)離子瓷磚依次放入測試箱，保持測試箱內(nèi)的溫濕度（環(huán)境溫度26℃，相對濕度為48%），每隔5min記錄負(fù)離子誘生量數(shù)值及輻射劑量。再取上述實(shí)驗(yàn)中誘生負(fù)離子效果最佳的負(fù)離子瓷磚樣品，放入帶氣壓表的封閉測試箱內(nèi)，分別充入氮?dú)?、氧氣、和水蒸汽，同時(shí)記錄測試箱內(nèi)的溫濕度（T=26℃，相對濕度為48%）及負(fù)離子誘生量數(shù)值。

2.4 結(jié)果與分析

測試在特制的測試器皿中進(jìn)行，分為器皿蓋敞開的開放空間和關(guān)閉的相對封閉空間兩種情況，探討四種不同負(fù)離子瓷磚在空氣中的誘發(fā)負(fù)離子作用效果（T=26℃，RH=48%），采用輻射計(jì)量器和空氣離子測試儀對樣品的測試結(jié)果見表2和圖2。

圖1 單組分氣體測試箱外觀圖

圖2 四種負(fù)離子瓷磚誘生效果對比圖

表1 四種負(fù)離子瓷磚樣品基礎(chǔ)釉料組成（wt%）

表2 不同負(fù)離子瓷磚在空氣中的作用效果

在同樣樣品和環(huán)境條件下，在相對密閉空間中所產(chǎn)生負(fù)離子數(shù)量均高于開放空間中，這同自然界中，自然條件下動(dòng)態(tài)生成的負(fù)離子的高濃度向低濃度擴(kuò)散變化性一致。

3 單組分氣體負(fù)離子濃度對比實(shí)驗(yàn)

3.1 負(fù)離子瓷磚對氮?dú)?、氧氣、水蒸汽單組分氣體的對比分析

選取在上一組實(shí)驗(yàn)中誘生負(fù)離子效果最佳的4#樣品，放入上述氣體箱中進(jìn)行單一及混合氣體對比實(shí)驗(yàn)。選擇空氣中單組分的氮?dú)?、氧氣和水蒸汽，分別測試負(fù)離子瓷磚的產(chǎn)生效果。

在N2和O2的測試之前先往器皿中通入約5 min的相應(yīng)氣體進(jìn)行排空氣，而后在實(shí)驗(yàn)設(shè)置的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行輻射劑量率和負(fù)離子誘生量的測試，而通入水蒸汽的環(huán)境則相當(dāng)于是（自然空氣+水蒸汽）的混合狀態(tài)。測試結(jié)果列于表3，數(shù)據(jù)對比效果見圖3。

3.2 結(jié)果與分析

輻射劑量率的影響：由測試結(jié)果可知，無論有無負(fù)離子瓷磚，環(huán)境的輻射劑量率大小變化不大，均為0.08～0.10 μSv/h的環(huán)境本底輻射劑量，且此輻射劑量率在正常范圍內(nèi)（0.52 μSv/h，ICRP），負(fù)離子瓷磚的使用并未顯著增加環(huán)境中的輻射劑量率。

圖3 負(fù)離子瓷磚4#對不同氣體的作用效果對比

在環(huán)境條件一致情況下，空氣中三組分N2、O2、H2O三者中，H2O分子對誘發(fā)負(fù)離子作用效果最顯著，利用加濕器產(chǎn)生水蒸汽的環(huán)境應(yīng)該是（空氣+水蒸汽）的混合氣體環(huán)境。

表3 4#負(fù)離子瓷磚對單一及混合氣體作用的效果

空氣濕度（H2O）對誘發(fā)環(huán)境負(fù)離子的效果分析：在單獨(dú)通入水蒸汽的實(shí)驗(yàn)條件下，未放置負(fù)離子瓷磚的空白實(shí)驗(yàn)中，負(fù)離子數(shù)測量值也高達(dá) 17000以上，且隨著水蒸氣的通入時(shí)間增加，封閉測試環(huán)境濕度由55%升至65%，負(fù)離子瓷磚誘發(fā)的負(fù)離子數(shù)測量值升至23600，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于表2中的空白對比實(shí)驗(yàn)數(shù)值。無負(fù)離子瓷磚誘發(fā)條件下負(fù)離子數(shù)隨著濕度增加而顯著增大，這是因?yàn)榇藭r(shí)含有來自于加濕器中超聲波作用的水分子所致，水分子在超聲波的高頻震蕩作用下被霧化為微米大小的超微粒子，部分分子間氫鍵化學(xué)作用力被打斷同時(shí)產(chǎn)生了相當(dāng)數(shù)量的負(fù)離子。故而在實(shí)驗(yàn)中濕度增大后，所測空間中的負(fù)離子數(shù)量總體均是呈現(xiàn)增加的態(tài)勢。

在加入水蒸汽后，（N2+H2O）以及（O2+H2O）的混合氣體環(huán)境下（RH分別為55%和65%），空間中負(fù)離子數(shù)量均少于單一通入水蒸汽空間（空氣+H2O）的負(fù)離子數(shù)量。當(dāng)通入混合氣體時(shí)，由于水蒸氣的體積百分比較單一水蒸氣情況有所下降，故此時(shí)負(fù)離子瓷磚誘發(fā)的負(fù)離子數(shù)略小于通入水蒸汽環(huán)境的負(fù)離子數(shù)，但隨著混合氣體的通入時(shí)間增加，環(huán)境相對濕度增大，其產(chǎn)生的負(fù)離子的數(shù)量均呈現(xiàn)上升趨勢。

實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)卻表明，同一負(fù)離子瓷磚樣品在（空氣+H2O）條件大于（N2+H2O）及（O2+H2O）條件下的負(fù)離子數(shù)量，且（空氣+H2O）與（N2+H2O）混合氣體環(huán)境中兩者的負(fù)離子數(shù)值更為接近，這與空氣中N2為主要成分（占78wt%）的特征是相符的。出現(xiàn)這些現(xiàn)象的原因，一方面可能是由于通入（N2+H2O）和混合（O2+H2O）氣體的時(shí)候只通過閥門壓力控制，由于N2分子量比O2小，在相同壓力條件下相同時(shí)間內(nèi)進(jìn)入測試箱的N2分子數(shù)量大于O2，故而導(dǎo)致負(fù)離子數(shù)量增加；另一方面也與前述理論及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象一致，即純氧（單一O2分子）的條件下并不利于空氣負(fù)離子的產(chǎn)生。

值得一提的是，將含有水蒸汽的混合氣體（O2+H2O）與（N2+H2O）中產(chǎn)生的負(fù)離子數(shù)量，對比空白實(shí)驗(yàn)（空氣+H2O）的負(fù)離子數(shù)，得到的差值列于（表3）最右一列，可以發(fā)現(xiàn)，這些數(shù)值比正?？諝鉅顟B(tài)下的數(shù)值略高。實(shí)驗(yàn)中對比同一塊4#負(fù)離子瓷磚，測試其濕布擦拭前后空氣中負(fù)離子數(shù)量的變化，測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，濕布擦拭負(fù)離子瓷磚表面后即刻測試所得的空氣中負(fù)離子數(shù)量顯著高于差值之前的值，這說明即使不是超聲波的影響，僅在濕潤的條件下，負(fù)離子瓷磚表面的水分子揮發(fā)，也能有效誘發(fā)更多的空氣負(fù)離子。

4 結(jié)論

負(fù)離子瓷磚能顯著提高封閉空間及環(huán)境空間的空氣負(fù)離子量。負(fù)離子瓷磚在產(chǎn)生負(fù)離子的過程中，并不會(huì)顯著增加環(huán)境中的輻射劑量。實(shí)驗(yàn)證明，在空氣的各組成成分中，H2O對負(fù)離子誘生量影響最大，在沒有水分子分解提供帶電電荷情況下，純組分氮?dú)饧把鯕庾陨矸纸怆姾僧a(chǎn)生負(fù)離子幾率很小。