CN109796933A - 一种能高效释放负离子的电气石改性粉体及其制备方法 - Google Patents

一种能高效释放负离子的电气石改性粉体及其制备方法 Download PDF

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王建东
李卫滨
熊琳晖
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Abstract

本发明提供一种能高效释放负离子的电气石改性粉体的制备方法，将电气石原料研磨至粒径5～10μm，得到电气石粉体；向所得电气石粉体中加入化学助剂，其中，所述化学助剂为镨、铈、钛的氧化物、氢氧化物中的一种或多种的复合物，其中化学助剂的质量占电气石与化学助剂总质量的5％～20％，研磨均匀，得到电气石复合粉体；将所得电气石复合粉体在800～1000℃的条件下进行煅烧，自然冷却，得到电气石改性粉体。与现有技术相比，本发明通过对电气石粉体同步进行物理和化学改性，提高了电气石粉体的负离子释放量；通过选择合适的激发元素和激发元素量，得到了较优的负离子释放效果。

Description

一种能高效释放负离子的电气石改性粉体及其制备方法
技术领域
本发明涉及新材料制备技术领域，具体来说，涉及一种能高效释放负离子的电气石改性粉体及其制备方法。
背景技术
目前国内外主要用空气负离子发生器来提高室内负离子的浓度，但其缺点有：一、消耗电能；二、采用电晕放电产生空气负离子的同时，易于产生有害气体，如氮氧化物NOx和臭氧O3等。
电气石是结构和成分复杂的含硼硅酸盐矿物，属三方晶系，空间群R3m。电气石结构的最小不对称单位由1个X多面体、6个环状结构的硅氧四面体(T)、3个硼氧三角形(B)、3个[Y-O5(OH)]3八面体(Y)和6个[Z-O5(OH)]3八面体(Z)共角顶联结而成，沿c轴对称。由于电气石中存在5个多面体，当作用于晶体表面的压力或温度发生变化时，其内部的多面体将要发生扭曲，其中扭曲最大的是T多面体，因而在垂直于c轴的两个晶体端面上出现了极化电荷，宏观表现为电气石周围存在不受外界电场影响的永久性静电场。温度和压力变化还会引起电气石晶体的电势差，使周围空气发生电离，被击中的电子作用于邻近的水和氧分子并使它转化为负离子。采用电气石作为负离子的来源，相对于空气负离子发生器更加绿色环保。
电气石释放负离子的机理主要有以下两种：一种是光催化机理，由于自然光或远红外线的辐射，在电气石晶体Fe2+-Fe3+周围形成空穴/电子对，所产生的空穴(h+)将吸附在电气石表面的水分子氧化成羟基自由基，当它扩散到水中时就形成水合羟基离子；另外，当电气石Y位中的Fe2+转变为Fe3+时，吸附在电气石微粒表面的氧气分子被还原成氧负离子自由基，它也可以与微粒表面的水分子反应生成羟基自由基，再与多余的水分子缔合形成水合羟基离子。另一种是电解水机理，即电气石晶体自发极化效应产生的电极使其周围的水分子发生电解作用，生成的氢氧根离子与水分子或其他分子结合形成负离子。
针对这个问题，本研究考察了三种不同成分的天然电气石粉末，通过参杂合成等处理方法，得到两条提高负离子释放量的路线。
研究发现电气石的电效应、释放负离子等功能会随着其粉体粒径的减小而呈增强趋势，并且显示出一系列优异的表面与界面性质，但是由于随着粉体粒径的减小，比表面积增加，比表面能升高，在制备及加工处理过程中极易产生团聚现象，使得电气石在与其他组分的复合过程中不容易均匀分散，从而影响复合材料的综合性能和使用寿命。为了提高电气石粉体在复合材料基体中的分散稳定性，进而提高电气石复合材料的综合性能，需要一种简单有效的电气石粉体改性方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种负离子释放效果好的改性电气石粉体材料及其制备方法。
本发明的技术方案可以通过以下技术措施来实现：
一种能高效释放负离子的电气石改性粉体的制备方法，包括如下步骤：
(1)将电气石原料研磨至粒径5～10μm，得到电气石粉体；
(2)向所得电气石粉体中加入化学助剂，其中，所述化学助剂为镨、铈、钛的氧化物、氢氧化物中的一种或多种的复合物，其中化学助剂的质量占电气石与化学助剂总质量的5％～20％，研磨均匀，得到电气石复合粉体；
(3)将所得电气石复合粉体在800～1000℃的条件下进行煅烧，自然冷却，得到电气石改性粉体。
优选地，所述化学助剂为氧化钛、氧化铈和氧化镨的复合物，且所述二氧化钛、氧化铈、氧化镨与所述电气石粉体的质量比为1:(0～1):(0～1):8。
优选地，所述化学助剂为氧化钛和氧化铈的复合物，且所述氧化钛、氧化铈与所述电气石粉体的质量比为1:1:8。
优选地，步骤(3)中所得电气石复合粉体的煅烧温度为800～900℃。
优选地，所述化学助剂中还包括总量不超过电气石质量2％的除镨、铈以外的其他镧系稀土元素及金属钇的氧化物或氢氧化物。
优选地，所述化学助剂中还包括总量不超过电气石质量2％的Y2O3、Nd2O3、La2O3、Pr6O11、Dy2O3、Er2O3、Yb2O3的混合物。
本发明还提供了一种能高效释放负离子的电气石改性粉体，采用上述的方法制备得到。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1，本发明通过对电气石粉体同步进行物理和化学改性，提高了电气石粉体的负离子释放量；
2，通过选择合适的激发元素和激发元素量，得到了较优的负离子释放效果。
具体实施方式
为使本发明更加容易理解，下面将进一步阐述本发明的具体实施例。
本发明采用的电气石原料为河北灵寿县庆龙矿产品有限公司出产的白色电气石原料，原料外观为不规则颗粒状，测得原料粒度分布为10～20μm。本发明采用的负离子检测仪为日本原装“安天世NT-C101A空气负离子检测仪”。经检测，电气石原料在不经任何处理时的平衡负离子释放量为590ions/cc，约在2.5小时时达到释放平衡。
实施例1
将一定比例的电气石原料与氧化铈进行混合，在不同煅烧温度条件下煅烧5小时，自然冷却后，将所述混合物研磨至粒径为5～10μm范围，测试其平衡负离子释放量，测试结果如下表1所示。
表1实施例1所得改性电气石粉体的平衡负离子释放量(ions/cc)
实施例2
将重量比为7:3的电气石原料与二氧化钛进行混合，在800℃条件下煅烧5小时，自然冷却后，将所述混合物研磨至粒径为5～10μm范围，测试其平衡负离子释放量，结果显示平衡负离子释放量为550ions/cc。
实施例3
将重量比为7:3的电气石原料与二氧化钛进行混合，不经煅烧，直接将所述混合物研磨至粒径为5～10μm范围，测试其平衡负离子释放量，结果显示平衡负离子释放量为340ions/cc。
实施例4
将一定比例的电气石原料与氧化铈、氧化镨进行混合，在不同煅烧温度条件下煅烧5小时，自然冷却后，将所述混合物研磨至粒径为5～10μm范围，测试其平衡负离子释放量，测试结果如下表2所示。
表2实施例4所得改性电气石粉体的平衡负离子释放量(ions/cc)
实施例5
将一定比例的电气石原料与二氧化钛、氧化铈、氧化镨进行混合，在不同煅烧温度条件下煅烧5小时，自然冷却后，将所述混合物研磨至粒径为5～10μm范围，测试其平衡负离子释放量，测试结果如下表3所示。
表3实施例5所得改性电气石粉体的平衡负离子释放量(ions/cc)
实施例6
将一定比例的电气石原料与二氧化钛、氧化铈进行混合，在900℃条件下煅烧5小时，自然冷却后，将所述混合物研磨至粒径为5～10μm范围，测试其平衡负离子释放量，测试结果如下表4所示。
表4实施例6所得改性电气石粉体的平衡负离子释放量(ions/cc)
实施例7
将质量比为8:1:1的电气石原料、二氧化钛、氧化铈进行混合，得到复合粉体，再加入占电气石原料质量1.8％的Y2O3、Nd2O3、La2O3、Pr6O11、Dy2O3、Er2O3、Yb2O3的混合物，在900℃条件下煅烧5小时，自然冷却后，将所述混合物研磨至粒径为5～10μm范围，测试其平衡负离子释放量，结果显示平衡负离子释放量为1150ions/cc。
对比例1
称取10g电气石原料，将所述电气石原料研磨至粒径为5～10μm范围，测试所得电气石粉末的负离子释放量，结果显示粉体未出现团聚，平衡负离子释放量为630ions/cc。
对比例2
称取10g电气石原料，将所述电气石原料研磨至粒径为0.1～1微米范围，测试所得电气石粉末的负离子释放量，结果显示平衡负离子释放量为612ions/cc。
对比例3
称取10g电气石原料，将其在700℃煅烧5小时，自然冷却后研磨至粒径为5～10μm，测试所得电气石粉末的负离子释放量，结果显示平衡负离子释放量为430ions/cc。
由上述实施例和对比例可以看出，电气石粉体粒径在5～10μm时具有较好的释放效果，粒径继续减小释放量不会继续增加。原料在700℃煅烧，负离子的释放量较不煅烧更低，可能是电气石原料中某些有效成分被烧掉了。添加化学助剂后，800℃煅烧的效果明显较700℃好，这说明煅烧温度最少达到800℃才能起到将化学助剂烧入电气石结构中，但煅烧温度增加到1000℃后，煅烧效果也下降了。化学助剂的含量在不超过复合粉体总量的20％时，具有较好的促进负离子释放效果。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (7)

1.一种能高效释放负离子的电气石改性粉体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将电气石原料研磨至粒径5～10μm，得到电气石粉体；
(2)向所得电气石粉体中加入化学助剂，其中，所述化学助剂为镨、铈、钛的氧化物或氢氧化物中的一种或多种的复合物，其中化学助剂的质量占电气石与化学助剂总质量的5％～20％，研磨均匀，得到电气石复合粉体；
(3)将所得电气石复合粉体在800～1000℃的条件下进行煅烧，自然冷却，得到电气石改性粉体。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述化学助剂为氧化钛、氧化铈和氧化镨的复合物，且所述氧化钛、氧化铈、氧化镨与所述电气石粉体的质量比为1:(0～1):(0～1):8。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述化学助剂为氧化钛和氧化铈的复合物，且所述氧化钛、氧化铈与所述电气石粉体的质量比为1:1:8。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所得电气石复合粉体的煅烧温度为800～900℃。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述化学助剂中还包括总量不超过电气石质量2％的除镨、铈以外的其他镧系稀土元素及金属钇的氧化物或氢氧化物。
6.根据权利要求1或5所述的制备方法，其特征在于，所述化学助剂中还包括总量不超过电气石质量2％的Y2O3、Nd2O3、La2O3、Pr6O11、Dy2O3、Er2O3、Yb2O3的混合物。
7.一种能高效释放负离子的电气石改性粉体，其特征在于，采用权利要求1～6任一项所述的方法制备得到。
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