CN111995359A - 可控释放负氧离子及产生富氢水的坭兴陶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可控释放负氧离子及产生富氢水的坭兴陶及其制备方法,属于功能性陶瓷新材料技术领域,是以风化坭兴陶土为基材,加入电气石、光催化材料、含C、N有机物助剂,采用机械活化技术使各物质充分混合、活化,处理后的混合物料再高温烧制即得到成品坭兴陶。所制备的坭兴陶可根据光照强度和水温的变化可控地释放出负氧离子和水解产氢;所得坭兴陶容器可向外部空气中释放负氧离子、向内盛装的水中溶入了氢气成为富氢水,可净化血液,使血液畅通,代谢旺盛,预防多种疾病,增进人体健康,具有重要的实际应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及功能性新材料技术领域,具体是可控释放负氧离子及产生富氢水的坭兴陶及其制备方法。
背景技术
负氧离子也称负离子,被誉为“空气维生素”,具有灭杀病菌、净化空气、抗氧化、防衰老、清除体内自由基等功效,有利于人体的身心健康。空气中负氧离子浓度是空气质量好坏的标志之一,世界卫生组织对清新空气的负氧离子标准浓度也进行了相关规定,我国也将负氧离子纳入了气象监测系统,在空气环境保护等领域有着广泛应用。大自然在特殊环境或物质作用下可持续产生负氧离子,而要在特定地方产生负氧离子,需要相应的装置或材料。由于释放负氧离子的材料更适用于各种场合,相关材料的制备方法受到了广泛关注。电气石由于具有永久自发极化效应,能够持续激发释放负氧离子,从而作为一种健康、环保的负氧离子释放材料广泛应用于各个领域。
电气石是一种含有硼、铝、钠、铁、锂、镁的三方晶系环状硅酸盐矿物,其特有的晶体结构具有永久带电、永久放电和永久磁性的特点,表现为热释电性、压电效应、天然极性、辐射远红外、释放负离子等特性,电气石经加热加压后其放电特性会进一步加强。电气石存在周围静电场,能够使处于电场中的水分子发生电解,形成带电离子,其中带负电离子与空气中氧气分子结合,形成负氧离子。但仅靠电气石本身产生负氧离子的浓度达不到很多特定场合的需求,需要进一步改性以提升其激发产生负氧离子的性能。
氢气是无色、无味、无毒的双原子分子气体,同时也是已知最轻的气体,作为一种理想的抗氧化物质,具有抗氧化、抗炎症、抗过敏等作用,可以选择性地中和身体血液和细胞里的活性氧,清除人体自由基,对衰老及多种因自由基引起的慢性病,具有很好的治疗作用。因此,氢气可作为医疗气体,有效缓解和治疗人体的一些疾病。氢气在水中的溶解度大约为0.8mM,这个浓度符合产生生物学作用的剂量,许多体内重要生物分子浓度远低于这个浓度。理论上成年人每次饮用300~500mL氢水就相当于呼吸2%氢气半小时的氢气摄取量,大量动物实验和人体临床研究证据表明,氢气可以减少氧化损伤和炎症损伤,对许多急性和慢性炎症等相关疾病具有治疗作用。富氢水不仅洁净,有氢有能量,水都是呈现小分子活水团,可净化血液,使血液畅通,代谢旺盛,预防多种疾病,增进人体健康。
钦州坭兴陶被称为为我国的“四大名陶”之一,具有无釉磨光的特点,烧成经磨光的陶器呈现出变化无穷的“窑变”色彩,形成各种斑斓绚丽的自然色彩,艺术品位极高,被誉为“中国一绝”。坭兴陶土主要成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、CaO、K2O、Na2O等,其中坭兴陶所用的红泥,内含5~8%的氧化铁成分,由于铁变价元素在氧化与还原不同的烧成气氛中,化合价的变化不同,再加上燃料引进的碳素沉着作用,往往使胎体变色,在原来铁红色的基础上隐约呈现出古铜、紫红、铁青、金黄、墨绿、天蓝、粟色等多种色泽,以及天斑、虎纹等纹理变化,通过精细打磨后质地细腻光润,这些色彩便显现出来,即为“窑变”。坭兴陶器能保持百分之二的吸水率,百分之二的气孔率,独具透气而不透水的天然双重气孔结构,使得器皿内氧分子充足,有利于食物长久储存。
公布号为CN201710658079.0的中国发明专利公开了一种产生负氧离子的纳米组合液、陶瓷及其制备方法,纳米组合液包含电气石粉、纳米二氧化硅等多种成分,将纳米组合液浸入陶瓷的表面毛细孔,从而达到释放负离子。但负氧离子的浓度较低,不适于广泛使用。
目前,陶瓷制品已经深入寻常百姓家,现需研发一种陶瓷制品,能够直接激发水产生氢气的强度高、安全性强的陶瓷制品,同时可释放负氧离子,即在陶瓷外部的空气中释放负氧离子、内部所盛水中产生氢气形成富氢水,并且根据光照强度、水温的变化可控释放负氧离子及产生富氢水。因此,现需研究可控释放负氧离子及产生富氢水的坭兴陶及其制备方法。
发明内容
针对现有释放负氧离子材料在应用和安全性能上的不足,本发明提供可控释放负氧离子及产生富氢水的坭兴陶及其制备方法,采用机械活化技术将具有特殊性能的材料以镶嵌式掺杂态的方式与电气石相结合以提升其性能,所制备的坭兴陶具有光热响应功能,可根据光照强度和水温的变化可控地释放出负氧离子和水解产氢;所得坭兴陶容器可向外部空气中释放负氧离子、向内盛装的水中溶入了氢气成为富氢水,可净化血液,使血液畅通,代谢旺盛,预防多种疾病,增进人体健康,具有重要的实际应用价值。
为实现上述目的提供如下技术方案:
一种可控释放负氧离子及产生富氢水的坭兴陶,是以风化坭兴陶土为基材,加入电气石、光催化材料、含C、N有机物助剂,采用机械活化技术使各物质充分混合、活化,处理后的混合物料再高温烧制即得到成品坭兴陶。
进一步地,所述成品坭兴陶可向外部空气中释放负氧离子,释放负氧离子的浓度范围为4300-12800个/(s·cm3)。于相同温度50℃下,随着光照强度由0Lux升至100000Lux,所述成品坭兴陶释放负氧离子的浓度由4300个/(s·cm3)升至12800个/(s·cm3)。于相同光照条件10000Lux下,所述成品坭兴陶随着温度降低释放负氧离子的浓度降低。说明本发明所述的成品坭兴陶可通过调节光照强度、温度的方式可控释放负氧离子。
进一步地,所述电气石为天然极性的铁电气石、锂电气石、镁电气石、铁镁电气石中的任一种或两种以上组合;所述光催化材料为二氧化钛;所述含C、N有机物助剂为三聚氰胺、尿素、蛋白质中的任一种或两种以上的组合。
进一步地,风化坭兴陶土、电气石、光催化材料、含C、N有机物助剂的质量比为100:3~15:2~10:1~5。
本发明提供所述可控释放负氧离子及产生富氢水的坭兴陶的制备方法,包括如下步骤:
(1)将电气石粉碎至一定细度,然后与光催化材料、含C、N有机物助剂一起加入到风化坭兴陶土中混合均匀,得到混合物料;
(2)将混合物料加入机械活化反应器中,按一定比例加入球磨介质和水,进行研磨活化处理3~12h,分离活化泥浆和球磨介质,将活化泥浆脱水,得到泥料;
(3)将泥料在进行练泥、陈腐后,制作成型,将成型的胚体烧制、自然冷却,即得到成品坭兴陶。
进一步地,在步骤(1)中,所述电气石的粉碎至800目以上。
进一步地,在步骤(2)中,所述混合物料、水、球磨介质按1:1~2:5~10的质量比加入机械活化反应器中,在转速为300~600rpm的常温条件下进行研磨活化处理。
进一步地,在步骤(2)中,所述活化泥浆脱水是将所述活化泥浆静置分层,除去上层水层,再将下层进行压滤脱水即可。
进一步地,在步骤(3)中,所述练泥在真空练泥机中练泥4~24h;所述陈腐是在温度为15~30℃、湿度为70~90%的恒温恒湿条件下陈腐5~30天;所述烧制是于950~1250℃窑炉中烧制8~24h。
本发明提供所述可控释放负氧离子及产生富氢水的坭兴陶的应用,将所述坭兴陶成品陶器用于盛装水或含水物质,所述的水在陶器中发生水解而释放出氢气形成富氢水,所述富氢水的浓度范围为0.30-0.81mM。于相同温度50℃下,随着光照强度由0Lux升至100000Lux,所述成品坭兴陶产生富氢水的浓度由0.30mM升至0.81mM。于相同光照条件10000Lux下,所述成品坭兴陶随着温度降低释放氢气的浓度降低。说明本发明所述的成品坭兴陶可通过调节光照强度、温度的方式可控释放氢气。
本发明的原料:风化坭兴陶土主要成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、CaO、K2O、Na2O等。电气石、光催化材料、含C、N有机物助剂均购自国内外化学原料公司,可直接使用的。
本发明的原理是:
坭兴陶土中含有三氧化二铁、二氧化硅等物质;电气石对水具有电解作用,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,水被分解为氢氧根离子和氢离子,氢氧根离子和空气中的分子结合形成负离子团,而氢离子与电气石电极之间弱电流提供的电子结合形成氢气;光催化剂俘获太阳光,激活后产生光生电荷载流子;电子空穴发生分离并迁移到光催化剂表面;光催化剂表面分别发生析氢反应,进一步提高水解产氢效率,可将激发产生负氧离子和水解产氢。在坭兴陶的制备过程中,加入可释放负氧离子和水解产氢的电气石、通过光照强化产生光电子和水解产氢的光催化材料二氧化钛,并利用坭兴陶土中的三氧化二铁作为光催化剂禁带宽度改性剂、二氧化硅可作为光电子能量传递材料,采用机械活化技术使各物质细化和充分混合且呈现互相镶嵌式的掺杂态,形成紧密结合、结构稳定的坭兴陶器,并可根据光照强度和水温的变化可控释放负氧离子和产生富氢水,具有重要的实际应用价值。
本发明具有以下有益效果:
(1)在坭兴陶的制备过程中加入释放负氧离子和水解产氢的材料,且坭兴陶土中的三氧化二铁、二氧化硅可直接作为光催化剂禁带宽度改性剂、光电子能量传递材料,所加入的材料无毒无害,不需要分离,操作简单,经济环保。
(2)机械活化技术不仅使坭兴陶土被充分研磨和混合,而且使固体物质被充分细化并产生裂纹,各物质充分混合且呈现互相镶嵌式的掺杂态,有利于形成各组分紧密结合、结构稳定的坭兴陶器。
(3)坭兴陶高温烧制过程可进一步激活提升电气石释放负氧离子和水解产氢的性能,同时有机物助剂发生热解并将部分三氧化二铁还原为磁性四氧化三铁,与含C、N有机物助剂中的C、N结合形成具有光热响应功能的复合物,并且可以改变二氧化钛光催化剂的禁带宽度。所制备的坭兴陶根据光照强度、水温的变化,可控释放负氧离子和产生富氢水,安全健康,具有重要的实际应用价值。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步说明,但不作为是对本发明的限制。
在本发明实施例中,电气石和含C、N有机物助剂的组成如下表所示:
制备实施例1
根据图1所示工艺流程进行反应。将电气石粉碎至过2000目,然后与二氧化钛、含C、N有机物助剂一起加入到风化坭兴陶土中,风化坭兴陶土、电气石、二氧化钛、C、N有机物助剂的质量比为100:3:10:5,混合均匀后得到混合物料;将混合物料、水、球磨介质按1:1:5的质量比加入机械活化反应器中,在600rpm的常温条件下进行研磨、活化、混合,3h后停止球磨,通过振动筛将活化泥浆和球磨介质分离,将活化泥浆静置分层,除去上层水层,再将下层压滤脱水得到泥料;将泥料放入真空练泥机中练泥4h排除泥料中的残留空气,然后在温度为30℃、湿度为90%的恒温恒湿条件下陈腐5天,使泥料中的水分均匀分布,得到可塑坯料。将坯料拉坯成型,成型修整好的坯体进行阴干将水分排出,然后放入950℃窑炉中烧制24h,自然冷却后得到坭兴陶。
应用:将实施例1所得坭兴陶成品陶器用于盛装水,于不同光照强度、水温下进行验证,并测试所述坭兴陶释放负氧离子的浓度和产生富氢水的浓度。结果如表1。
表1
由表1可见,相同温度(50℃)下,随着光照强度降低,实施例1所得坭兴陶释放负氧离子的浓度降低、产生富氢水的浓度也降低;相同光照条件下,随着水温降低,实施例1所得坭兴陶释放负氧离子的浓度降低、产生富氢水的浓度也降低。说明本发明的坭兴陶可通过调节光照强度、水温的方式可控释放负氧离子和水解产氢。
制备实施例2
将电气石粉碎至过800目,然后与二氧化钛、含C、N有机物助剂一起加入到风化坭兴陶土中,风化坭兴陶土、电气石、二氧化钛、含C、N有机物助剂的质量比为100:15:2:2,混合均匀后得到混合物料;将混合物料、水、球磨介质按1:2:10的质量比加入机械活化反应器中,在500rpm的常温条件下进行研磨、活化、混合,6h后停止球磨,通过振动筛将活化泥浆和球磨介质分离,将活化泥浆静置分层,除去上层水层,再将下层压滤脱水得到泥料;将泥料放入真空练泥机中练泥24h排除泥料中的残留空气,然后在温度为15℃、湿度为70%的恒温恒湿条件下陈腐30天,使泥料中的水分均匀分布,得到可塑坯料。将坯料拉坯成型,成型修整好的坯体进行阴干将水分排出,然后放入1250℃窑炉中烧制8h,自然冷却后得到坭兴陶。
应用:将实施例2所得坭兴陶成品陶器用于盛装水,于不同光照强度、水温下进行验证,并测试所述坭兴陶释放负氧离子的浓度和产生富氢水的浓度。结果如表2。
表2
由表2可见,实施例2所得坭兴陶释放负氧离子的浓度和产生富氢水的浓度均随着温度、光照的变化发生有规律的变化,说明本发明的坭兴陶可通过调节光照强度、温度的方式可控释放负氧离子和水解产氢。并再次验证了实施例1的应用结果。
制备实施例3
将电气石粉碎至过1600目,然后与二氧化钛、含C、N有机物助剂一起加入到风化坭兴陶土中,风化坭兴陶土、电气石、二氧化钛、含C、N有机物助剂的质量比为100:10:5:1,混合均匀后得到混合物料;将混合物料、水、球磨介质按1:1.5:8的质量比加入机械活化反应器中,在300rpm的常温条件下进行研磨、活化、混合,12h后停止球磨,通过振动筛将活化泥浆和球磨介质分离,将活化泥浆静置分层,除去上层水层,再将下层压滤脱水得到泥料;将泥料放入真空练泥机中练泥18h排除泥料中的残留空气,然后在温度为25℃、湿度为80%的恒温恒湿条件下陈腐20天,使泥料中的水分均匀分布,得到可塑坯料。将坯料拉坯成型,成型修整好的坯体进行阴干将水分排出,然后放入1050℃窑炉中烧制20h,自然冷却后得到坭兴陶。
应用:将实施例3所得坭兴陶成品陶器用于盛装水,于不同光照强度、水温下进行验证,并测试所述坭兴陶释放负氧离子的浓度和产生富氢水的浓度。结果如表3。
表3
由表3可见,实施例3所得坭兴陶释放负氧离子的浓度和产生富氢水的浓度均随着温度、光照的变化发生有规律的变化,说明本发明的坭兴陶可通过调节光照强度、温度的方式可控释放负氧离子和水解产氢。并再次验证了实施例1、2的应用结果。
制备实施例4
将电气石粉碎至过1300目,然后与二氧化钛、含C、N有机物助剂一起加入到风化的坭兴陶土中,坭兴陶土、电气石、二氧化钛、含C、N有机物助剂的质量比为100:8:7:3,混合均匀后得到混合物料;将混合物料、水、球磨介质按1:1.5:8的质量比加入机械活化反应器中,在400rpm的常温条件下进行研磨、活化、混合,10h后停止球磨,通过振动筛将活化泥浆和球磨介质分离,将活化泥浆静置分层,除去上层水层,再将下层压滤脱水得到泥料;将泥料放入真空练泥机中练泥12h排除泥料中的残留空气,然后在温度为20℃、湿度为75%的恒温恒湿条件下陈腐10天,使泥料中的水分均匀分布,得到可塑坯料。将坯料拉坯成型,成型修整好的坯体进行阴干将水分排出,然后放入1150℃窑炉中烧制16h,自然冷却后得到坭兴陶。
应用:将实施例4所得坭兴陶成品陶器用于盛装水,于不同光照强度、水温下进行验证,并测试所述坭兴陶释放负氧离子的浓度和产生富氢水的浓度。结果如表4。
表4
由表4可见,实施例4坭兴陶释放负氧离子的浓度和产生富氢水的浓度均随着温度、光照的变化发生有规律的变化,说明本发明的坭兴陶可通过调节光照强度、温度的方式可控释放负氧离子和水解产氢。并再次验证了实施例1-3的应用结果。
制备实施例5
将电气石粉碎至过1000目,然后与二氧化钛、含C、N有机物助剂一起加入到风化的坭兴陶土中,坭兴陶土、电气石、二氧化钛、含C、N有机物助剂的质量比为100:8:7:3,混合均匀后得到混合物料;将混合物料、水、球磨介质按1:1.5:8的质量比加入机械活化反应器中,在400rpm的常温条件下进行研磨、活化、混合,10h后停止球磨,通过振动筛将活化泥浆和球磨介质分离,将活化泥浆静置分层,除去上层水层,再将下层压滤脱水得到泥料;将泥料放入真空练泥机中练泥12h排除泥料中的残留空气,然后在温度为20℃、湿度为75%的恒温恒湿条件下陈腐10天,使泥料中的水分均匀分布,得到可塑坯料。将坯料拉坯成型,成型修整好的坯体进行阴干将水分排出,然后放入1150℃窑炉中烧制16h,自然冷却后得到坭兴陶。
制备实施例6
将电气石粉碎至过1200目,然后与二氧化钛、含C、N有机物助剂一起加入到风化的坭兴陶土中,坭兴陶土、电气石、二氧化钛、含C、N有机物助剂的质量比为100:8:7:3,混合均匀后得到混合物料;将混合物料、水、球磨介质按1:1.5:8的质量比加入机械活化反应器中,在400rpm的常温条件下进行研磨、活化、混合,10h后停止球磨,通过振动筛将活化泥浆和球磨介质分离,将活化泥浆静置分层,除去上层水层,再将下层压滤脱水得到泥料;将泥料放入真空练泥机中练泥12h排除泥料中的残留空气,然后在温度为20℃、湿度为75%的恒温恒湿条件下陈腐10天,使泥料中的水分均匀分布,得到可塑坯料。将坯料拉坯成型,成型修整好的坯体进行阴干将水分排出,然后放入1150℃窑炉中烧制16h,自然冷却后得到坭兴陶。
将实施例5、6得到的坭兴陶成品陶器分别进行如实施例4中的应用,分别用于盛装含水果汁和茶水,测试结果与实施例4相近,相同温度(50℃)下,随着光照强度降低,所得坭兴陶释放负氧离子的浓度降低、产生富氢水的浓度也降低;相同光照条件下,随着水温降低,所得坭兴陶释放负氧离子的浓度降低、产生富氢水的浓度也降低。说明本发明的坭兴陶可通过调节光照强度、水温的方式可控释放负氧离子和水解产氢;说明本发明制备的坭兴陶的性质具有良好的重现性。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对发明保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种可控释放负氧离子及产生富氢水的坭兴陶,其特征在于,是以风化坭兴陶土为基材,加入电气石、光催化材料、含C、N有机物助剂,采用机械活化技术使各物质充分混合、活化,处理后的混合物料再高温烧制即得到成品坭兴陶。
2.根据权利要求1所述可控释放负氧离子及产生富氢水的坭兴陶,其特征在于,所述成品坭兴陶可向外部空气中释放负氧离子,释放负氧离子的浓度范围为4300-12800个/(s·cm3)。
3.根据权利要求1所述可控释放负氧离子及产生富氢水的坭兴陶,其特征在于,所述电气石为天然极性的铁电气石、锂电气石、镁电气石、铁镁电气石中的任一种或两种以上组合;所述光催化材料为二氧化钛;所述含C、N有机物助剂为三聚氰胺、尿素、蛋白质中的任一种或两种以上的组合。
4.根据权利要求1所述可控释放负氧离子及产生富氢水的坭兴陶,其特征在于,风化坭兴陶土、电气石、光催化材料、含C、N有机物助剂的质量比为100:3~15:2~10:1~5。
5.一种如权利要求1-4任一项所述可控释放负氧离子及产生富氢水的坭兴陶的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)将电气石粉碎至一定细度,然后与光催化材料、含C、N有机物助剂一起加入到风化坭兴陶土中混合均匀,得到混合物料;
(2)将混合物料加入机械活化反应器中,按一定比例加入球磨介质和水,进行研磨活化处理3~12h,分离活化泥浆和球磨介质,将活化泥浆脱水,得到泥料;
(3)将泥料在进行练泥、陈腐后,制作成型,将成型的胚体烧制、自然冷却,即得到成品坭兴陶。
6.根据权利要求5所述可控释放负氧离子及产生富氢水的坭兴陶的制备方法,其特征在于,在步骤(1)中,所述电气石的粉碎至800目以上。
7.根据权利要求5所述可控释放负氧离子及产生富氢水的坭兴陶的制备方法,其特征在于,在步骤(2)中,所述混合物料、水、球磨介质按1:1~2:5~10的质量比加入机械活化反应器中,在转速为300~600rpm的常温条件下进行研磨活化处理。
8.根据权利要求5所述可控释放负氧离子及产生富氢水的坭兴陶的制备方法,其特征在于,在步骤(2)中,所述活化泥浆脱水是将所述活化泥浆静置分层,除去上层水层,再将下层进行压滤脱水即可。
9.根据权利要求5所述可控释放负氧离子及产生富氢水的坭兴陶的制备方法,其特征在于,在步骤(3)中,所述练泥在真空练泥机中练泥4~24h;所述陈腐是在温度为15~30℃、湿度为70~90%的恒温恒湿条件下陈腐5~30天;所述烧制是于950~1250℃窑炉中烧制8~24h。
10.一种如权利要求1-4任一项所述可控释放负氧离子及产生富氢水的坭兴陶的应用,其特征在于,将所述坭兴陶成品陶器用于盛装水或含水物质,所述的水在陶器中发生水解而释放出氢气形成富氢水,所述富氢水的浓度范围为0.30-0.81mM。
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CN113354388A (zh) * | 2021-06-28 | 2021-09-07 | 中国地质大学(武汉) | 一种可释放氧负离子的紫砂陶材料、紫砂陶的制备方法 |
CN114534725A (zh) * | 2022-01-21 | 2022-05-27 | 广西大学 | 一种Fe-Cu@坭兴陶复合光-Fenton催化剂及其制备方法和应用 |
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2020
- 2020-07-15 CN CN202010679808.2A patent/CN111995359A/zh active Pending
Non-Patent Citations (3)
Title |
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张俊朋等编: ""热处理对黑电气石结构的影响"", 《绵阳师范学院学报》 * |
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CN114534725B (zh) * | 2022-01-21 | 2023-12-05 | 广西大学 | 一种Fe-Cu@坭兴陶复合光-Fenton催化剂及其制备方法和应用 |
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