CN101885603A - 具有远红外及光催化功能的陶瓷颗粒及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有远红外及光催化功能的陶瓷颗粒，其由下列重量百分含量的原料配置而成：远红外粉-15～65％、光触媒-5～59％、稀土氧化物-3～15％、粘结剂-5～35％。本发明还公开了一种具有远红外及光催化功能的陶瓷颗粒的制作方法。本发明具有极强的远红外辐射能力和优异的光催化活性，可以广泛应用在自来水矿化活化处理、生物保健、衣物餐具清洁和空气净化等领域，起到净化、保健、洗涤和活化的作用。

Description

具有远红外及光催化功能的陶瓷颗粒及其制作方法

技术领域

本发明属于特种功能陶瓷材料范畴，涉及一种可用于自来水矿化活化处理、生物保健、衣物餐具清洁和空气净化等领域的具有远红外及光催化功能的陶瓷颗粒及制作方法。

背景技术

光线可分为可见光及不可见光。可见光经三棱镜后会折射出紫、蓝、青、绿、黄、橙、红颜色的光线(光谱)。红光外侧的光线，在光谱中波长自0.76～400微米的一段被称为红外光，又称红外线。红外线属于电磁波的范畴，是一种具有强热作用的放射线。红外线的波长范围很宽，人们将不同波长范围的红外线分为近红外、中红外和远红外区域，称为近红外线、中红外线及远红外线。现代物理学称之为热射线。由能量守恒定律得知，宇宙的能量不能发生，也不会消失，只可以改变能量的方式。热能便是宇宙能量的一种，可以用放射(辐射)、传导和对流的方式进行转换。在放射的过程中，便有一部份热能形成红外线。目前，具有远红外功能的各种制品，已经大量应用在人们生活的各个方面，从最开始的衣物保暖功能，发展应用到水处理和身体保健领域，而现在其独有的洗涤去污功能已经用来清洗衣物和餐具。

光催化即光触媒是光+触媒(催化剂)的合成词。光触媒是一种在光的照射下，自身不起变化，却可以促进化学反应的物质，光触媒是利用自然界存在的光能转换成为化学反应所需的能量，来产生催化作用，使周围之氧气及水分子激发成极具氧化力的自由负离子。几乎可分解所有对人体和环境有害的有机物质及部分无机物质，不仅能加速反应，亦能运用自然界的定律，不造成资源浪费与附加污染形成。目前光催化材料已经大量的应用在各种清洁场所。

对于具有远红外辐射、光催化功能的材料和应用已经有了大量的研究，其制品也已经被广泛使用。但是对于将远红外和光催化两种功能结合使用的研究和制品，目前还未见报道。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有空气净化、自来水矿化活化以及生物保健和衣物餐具清洁产品功能单一、综合性能不高的技术问题，提供一种可用于自来水矿化活化处理、生物保健、衣物餐具清洁和空气净化等领域中综合性能较高的具有远红外及光催化功能的陶瓷颗粒及其制作方法。

为实现上述目的，本发明提出的具有远红外及光催化功能的陶瓷颗粒，其由下列重量百分含量的原料配置而成：远红外粉-15～65％、光触媒-5～59％、稀土氧化物-3～15％、粘结剂-5～35％。

本发明提出的所述陶瓷颗粒的制作方法，包括如下步骤：

将所述陶瓷颗粒原料按照组分配比及细度要求严格称量，放入密闭搅拌机内搅拌均匀；

用500～1000Kg/cm²压力压制成型，晾干；

用850～1500℃高温炉烧制而成。

由于本发明陶瓷颗粒辐射的远红外线能使水分子活化，变成独立水分子(即两个氢分子和一个氧分子结合)，提高身体的含氧量，增强分子间的结合力，从而活化蛋白质等生物大分子，使人体细胞和水分子处于最高振动能级并产生共振效应。因此陶瓷颗粒可以应用在自来水矿化活化处理、生物保健和衣物餐具清洁领域，并且具有优异促进人体微循环、降低水的表面张力、活化水分子、矿化水和洗涤去污的效果。

由于本发明陶瓷颗粒的光催化功能，在水中和空气中产生出氧化能力极强氢氧自由基(·OH)及超氧阴离子自由基(O₂ ^-)，具有很强的光氧化还原功能，可氧化分解各种有机化合物和部分无机物，能破坏细菌的细胞膜和固化病毒的蛋白质，可杀灭细菌和分解有机污染物和油污，把有机污染物分解成无污染的水(H₂O)和二氧化碳(CO₂)，因而具有极强的杀菌、除臭、防霉、防污自洁、净化空气功能。因此可以应用在自来水矿化活化处理、衣物餐具清洁和空气净化等领域，具有良好的杀菌、除臭、防霉、防污自洁、净化空气效果。

与现有净化清洁等同类产品相比，本发明的优点如下：

1、本发明的功能陶瓷颗粒是采用纳米和亚微米材料经过高压高温制作工艺制作而成，陶瓷颗粒内部粘结更紧密，耐压力好，功能持久性长，使用寿命长。

2、本发明的功能陶瓷颗粒的远红外材料采用的是纳米级原料，其分散性好，远红外辐射率高。

3、本发明的功能陶瓷颗粒的光催化材料是纳米级光触媒和稀土氧化物配置而成，其催化反应活性高，光催化效果好，

4、本发明的功能陶瓷颗粒首次将远红外辐射功能和光催化功能相结合，并具有优异的远红外辐射和光催化效果。

5、本发明的功能陶瓷颗粒可以广泛的应用在自来水矿化活化处理、生物保健、衣物餐具清洁和空气净化等领域，具有使用效果好，不污染环境，安全无毒环保节能的优点。

具体实施方式：

本发明所述的具有远红外及光催化功能的陶瓷颗粒，其由下列重量百分含量的原料配置而成：远红外粉-15～65％、光触媒-5～59％、稀土氧化物-3～15％、粘结剂-5～35％。

其中，所述的远红外粉由电气石、氧化锌、氧化锆、三氧化二铝和三氧化二铬制作而成，其细度为50nm～500nm。

远红外粉远红外辐射机理：电气石是各种电气石矿族矿物的总称，是一种组成成分复杂的环状硅酸盐矿物。电气石是兼有压电效应和热电效应的晶体，其晶体结构属三方晶系，C_3v ⁵-R3m空间群，异极性矿物，三重对称轴为c轴，垂直于c轴无对称轴和对称面，也无对称中心。因此电气石即使在常温下，一旦发生压力或温度的微小变化，其内部就可剧烈振动，从而产生波长4～16微米，辐射率在0.90以上的远红外线。同时组分中的远红外粉可以吸收周围环境热量并将其转化，以光线的形式辐射能量，并在波长4～16微米范围内，辐射出辐射率在0.95以上的远红外线。

本发明的光触媒由锐钛型二氧化钛和金红石型二氧化钛制作而成，其细度为50nm～500nm。

光催化机理：由于锐钛型二氧化钛是不稳定的，具有一定的活性，其特点是其电子结构为一个满的价带和一个空的导带。当光子能量达到或超过其带隙能级时，电子就可从价带激发到导带，同时在价带产生相应的空穴，即生成电子-空穴对。因此在光照或其他能量的作用下，二氧化钛就会在表面形成电穴和游离电子，结合空气中的水和氧气，发生氧化还原反应，表面形成强氧化性的氢氧自由基(·OH)及超氧阴离子自由基(O₂ ^-)。

本发明的稀土氧化物由二氧化铈、七氧化四铽和三氧化二钇制作而成，其细度为100nm～1000nm。粘结剂由高岭土和粘土制作而成，其细度为500nm～1500nm。

陶瓷颗粒的远红外辐射和光催化机理：陶瓷颗粒是由远红外粉、光触媒和稀土氧化物组成，由于稀土氧化物具有一定的放射性和元素衰变性，产生一定的能量，与外界的光照、摩擦、压力以及温度变化得能量，一起作用在陶瓷颗粒上。促使电气石晶体结构内正负电荷中心相对位移，引起晶体中电距的变化，导致其晶格空穴内的配位电子的不对称、非简谐性振动，产生微电流，从而产生波长4～16微米，辐射率在0.90以上的远红外线。而其他远红外材料同时辐射自身吸收的上诉能量，也以远红外线光波形式辐射出来，其协同作用，使陶瓷颗粒的远红外辐射可高达0.95以上。而远红外线属于光波，是一种热能能量，其辐射的能量、外界能量和电气石瞬间产生的电能共同作用在光触媒材料上，远远超过二氧化钛的带隙能级，促使分子核内电子从价带激发到导带，同时在价带产生相应的空穴(即生成电子-空穴对)和游离电子。同时远红外材料中的金属氧化物，在二氧化钛表面沉积提高催化剂表面光生载流子的分离效率，抑制晶型转变，能抑制电子与空穴的复合；有利于电荷分离，扩展对光谱吸收范围，提高纳米TiO₂的光催化效率。二氧化钛生成的空穴(即生成电子-空穴对)和游离电子结合空气中的水和氧气，发生氧化还原反应，表面形成强氧化性的氢氧自由基(·OH)及超氧阴离子自由基(O₂ ^-)。

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。根据本发明的配方，配置下列不同比例的制备所述陶瓷颗粒的物料。其中的各组分含量为：重量百分比组份含量份数。如，A组分：10份，即表示A组分含量为总重量的10％。

实施例一(重量百分比组份含量份数)：

电气石：12份，氧化锌：5份，氧化锆：3份，三氧化二铝：8份，三氧化二铬：4份，

锐钛型二氧化钛：30份，金红石型二氧化钛：29份，

二氧化铈：1份，七氧化四铽：1份，三氧化二钇：1份，

高岭土：2份，粘土：4份。

实施例二(重量百分比组份含量份数)：

电气石：17份，氧化锌：13份，氧化锆：8份，三氧化二铝：5份，三氧化二铬：9份，

锐钛型二氧化钛：15份，金红石型二氧化钛：2份，

二氧化铈：4份，七氧化四铽：8份，三氧化二钇：3份，

高岭土：5份，粘土：11份。

实施例三(重量百分比组份含量份数)：

电气石：3份，氧化锌：3份，氧化锆：3份，三氧化二铝：3份，三氧化二铬：3份，

锐钛型二氧化钛：52份，金红石型二氧化钛：5份，

二氧化铈：1份，七氧化四铽：1份，三氧化二钇：1份，

高岭土：10份，粘土：15份。

实施例四(重量百分比组份含量份数)：

电气石：14份，氧化锌：13份，氧化锆：12份，三氧化二铝：13份，三氧化二铬：10份，

锐钛型二氧化钛：4份，金红石型二氧化钛：1份，

二氧化铈：7份，七氧化四铽：6份，三氧化二钇：2份，

高岭土：8份，粘土：10份。

实施例五(重量百分比组份含量份数)：

电气石：30份，氧化锌：15份，氧化锆：4份，三氧化二铝：14份，三氧化二铬：2份，

锐钛型二氧化钛：17份，金红石型二氧化钛：3份，

二氧化铈：4份，七氧化四铽：3份，三氧化二钇：3份，

高岭土：2份，粘土：3份。

实施例六(重量百分比组份含量份数)：

电气石：35份，氧化锌：2份，氧化锆：5份，三氧化二铝：7份，三氧化二铬：1份，

锐钛型二氧化钛：21份，金红石型二氧化钛：4份，

二氧化铈：3份，七氧化四铽1：份，三氧化二钇：1份，

高岭土：7份，粘土：13份

实施例七(重量百分比组份含量份数)：

电气石：5份，氧化锌：30份，氧化锆：7份，三氧化二铝：3份，三氧化二铬：3份，

锐钛型二氧化钛：18份，金红石型二氧化钛：4份，

二氧化铈：2份，七氧化四铽：2份，三氧化二钇：2份，

高岭土：18份，粘土：6份

实施例八(重量百分比组份含量份数)：

电气石：7份，氧化锌：12份，氧化锆：32份，三氧化二铝：4份，三氧化二铬：1份，

锐钛型二氧化钛：19份，金红石型二氧化钛：3份，

二氧化铈：4份，七氧化四铽：1份，三氧化二钇：1份，

高岭土：12份，粘土：4份

实施例九(重量百分比组份含量份数)：

电气石：6份，氧化锌：3份，氧化锆：4份，三氧化二铝：30份，三氧化二铬：3份，

锐钛型二氧化钛：27份，金红石型二氧化钛：6份，

二氧化铈：1份，七氧化四铽：1份，三氧化二钇：4份，

高岭土：5份，粘土：10份。

实施例十(重量百分比组份含量份数)：

电气石：12份，氧化锌：8份，氧化锆：7份，三氧化二铝：6份，三氧化二铬：6份，

锐钛型二氧化钛：18份，金红石型二氧化钛：5份，

二氧化铈：1份，七氧化四铽：1份，三氧化二钇：1份，

高岭土：15份，粘土：20份。

实施例十一(重量百分比组份含量份数)：

电气石：4份，氧化锌：5份，氧化锆：5份，三氧化二铝：4份，三氧化二铬：30份，

锐钛型二氧化钛：32份，金红石型二氧化钛：5份，

二氧化铈：1份，七氧化四铽：2份，三氧化二钇：2份，

高岭土：4份，粘土：6份

实施例十二(重量百分比组份含量份数)：

电气石：10份，氧化锌：10份，氧化锆：10份，三氧化二铝：10份，三氧化二铬：10份，

锐钛型二氧化钛：12份，金红石型二氧化钛：12份，

二氧化铈：2份，七氧化四铽：2份，三氧化二钇：2份，

高岭土：10份，粘土：10份。

本发明的制备是：先将以上所述各实施例陶瓷颗粒原料按照组分配比以及细度的要求严格称量，并放入密闭搅拌机内搅拌均匀。实施例1～实施例4的混合料，用500Kg/cm²压力压制成型；实施例5～实施例8的混合料，用780Kg/cm²压力压制成型；实施例9～实施例12的混合料，用1000Kg/cm²压力压制成型。成型物经初步晾干后，实施例1～实施例4的成型物，用850℃高温炉烧制而成。实施例5～实施例8的成型物，用1200℃高温炉烧制而成。实施例9～实施例12的成型物，用1500℃高温炉烧制而成。本发明陶瓷颗粒可为片状，球状和柱状。其外表光滑，颜色为白色的物品。

本发明首次将远红外辐射功能和光催化功能相结合，并具有优异的远红外辐射和光催化效果。其中采用纳米级原料，其分散性好，远红外辐射率高；光催化材料是纳米级光触媒和稀土氧化物配置而成，其催化反应活性高，光催化效果好；功能持久性长，使用寿命长。本发明可以广泛的应用在自来水矿化活化处理、生物保健、衣物餐具清洁和空气净化等领域，具有使用效果好，不污染环境，安全无毒环保节能的优点。

Claims (6)

1.一种具有远红外及光催化功能的陶瓷颗粒，其特征在于，所述陶瓷颗粒由下列重量百分含量的原料配置而成：远红外粉-15～65％、光触媒-5～59％、稀土氧化物-3～15％、粘结剂-5～35％。

2.如权利要求1所述的陶瓷颗粒，其特征在于，所述远红外粉由电气石、氧化锌、氧化锆、三氧化二铝和三氧化二铬制作而成，其细度为50nm～500nm。

3.如权利要求1所述的陶瓷颗粒，其特征在于，所述光触媒由锐钛型二氧化钛和金红石型二氧化钛制作而成，其细度为50nm～500nm。

4.如权利要求1所述的陶瓷颗粒，其特征在于，所述稀土氧化物由二氧化铈、七氧化四铽和三氧化二钇制作而成，其细度为100nm～1000nm。

5.如权利要求1所述的陶瓷颗粒，其特征在于，所述粘结剂由高岭土和粘土制作而成，其细度为500nm～1500nm。

6.一种如权利要求1所述的陶瓷颗粒的制作方法，其特征包括如下步骤：

将所述陶瓷颗粒原料按照组分配比及细度要求严格称量，放入密闭搅拌机内搅拌均匀；

用500～1000Kg/cm²压力压制成型，晾干；

用850～1500℃高温炉烧制而成。