席伯安

（無錫新躍環(huán)境科學(xué)發(fā)展有限公司，江蘇 無錫 214187）

增強(qiáng)電氣石釋放負(fù)氧離子功能的探討

席伯安

（無錫新躍環(huán)境科學(xué)發(fā)展有限公司，江蘇 無錫 214187）

負(fù)離子又稱為“空氣維他命”，具有調(diào)節(jié)人體離子平衡，促使身心放松，活化細(xì)胞，抑制身體的氧化或老化，提高自然治愈率等作用；電氣石晶體具有電位差，可產(chǎn)生永久的微弱電流，釋放出負(fù)離子。但是電氣石微弱電流制造的負(fù)離子普遍濃度較低，達(dá)不到防病治病的效果。本文在學(xué)習(xí)和借鑒國內(nèi)外學(xué)術(shù)成果基礎(chǔ)上，通過在選料配伍、增強(qiáng)電極化、涂敷技術(shù)、淺膚工藝等方面深入研究，在提高電氣石釋放負(fù)離子濃度方面取得了一些成果，使生態(tài)負(fù)離子濃度達(dá)到106個(gè)/cm3以上。這為研制開發(fā)新一代凈化室內(nèi)空氣，降解PM2.5超細(xì)顆粒物，提高疾病自然療效等方面的產(chǎn)品打下了良好的基礎(chǔ)。

電氣石；負(fù)離子；應(yīng)用

1 引言

現(xiàn)代的社會(huì)環(huán)境，由于工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)產(chǎn)生的汽車尾氣塵、燃油塵、餐飲油煙塵、建筑灰塵和煤煙塵等嚴(yán)重污染空氣，這些污染物在空氣中不是簡(jiǎn)單疊加，而是彼此之間不斷進(jìn)行化學(xué)、物理反應(yīng)，使得污染變得十分復(fù)雜，因而導(dǎo)致各種怪病、難治性疾病、流行性疾病、共發(fā)性疾病不斷增加。這是因?yàn)榇髿庵械倪@些有害物質(zhì)使得正離子增加，正離子的增強(qiáng)，使體內(nèi)活性氧增多，使血液、體液傾向于酸性，尤其是降低了人體的免疫力，其后果是體內(nèi)細(xì)胞攝取不到營養(yǎng)，蓄積的代謝物、二氧化碳無法得到排泄，導(dǎo)致毒素在體內(nèi)堆積，引發(fā)各種疾病。

相反，負(fù)離子可以中和氧化物，使酸化了的血液、體液傾向于弱堿性，由此氧、營養(yǎng)成分被充分吸收進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，使細(xì)胞機(jī)能加強(qiáng)，提高人體自然治愈力。醫(yī)學(xué)研究表明，當(dāng)負(fù)離子在700個(gè)/cm3以上時(shí)，使人感到空氣清新；當(dāng)達(dá)到1 000個(gè)/cm3以上時(shí)，有利人體健康；如果能夠超過8 000個(gè)/cm3以上，就可以治療哮喘、慢性支氣管炎、燙傷、萎縮性鼻炎、萎縮性胃炎、神經(jīng)性皮炎、神經(jīng)官能癥、肺氣腫、偏頭痛及高血壓、冠心病等疾病，并對(duì)惡性腫瘤有一定療效。林金明等[1]認(rèn)為在含有高濃度小粒徑負(fù)離子的空氣中，PM2.5、細(xì)菌、病毒等幾乎為零，飄塵去除率高達(dá)98%?？梢?，負(fù)離子對(duì)人體健康以至于對(duì)人類社會(huì)的發(fā)展有著重大意義。

2 電氣石產(chǎn)生負(fù)氧離子原理

目前國內(nèi)外最先進(jìn)的負(fù)離子發(fā)生技術(shù)，包括日、美、英、法、德等國，基本上都是采用負(fù)高壓源，將碳纖維制成放電電極(也稱為“放電天線”)，接通高壓后將碳纖維電極單極置入空間，使電極周圍的空間產(chǎn)生電離。同時(shí)利用負(fù)電場(chǎng)的電勢(shì)感應(yīng)，將正離子中和還原，以得到一個(gè)純化的負(fù)離子場(chǎng)。該項(xiàng)技術(shù)的負(fù)高壓必須在8 000V以上，而且空間電離產(chǎn)生的負(fù)離子濃度只能達(dá)104～105/cm3，若用于疾病治療，該濃度偏低。而且當(dāng)患者接受治療時(shí)，治療環(huán)境中的相對(duì)濕度變化，還會(huì)使電極發(fā)生電暈現(xiàn)象，由此而產(chǎn)生臭

氧。電暈式負(fù)離子發(fā)生器，對(duì)家用電器產(chǎn)生干擾，使室內(nèi)產(chǎn)生二次污染(墻壁發(fā)黑)，產(chǎn)生臭氧，發(fā)生器裝置耗能大、壽命短，增加消費(fèi)者使用和維修費(fèi)用。顯然，上述負(fù)離子發(fā)生技術(shù)并不是產(chǎn)生負(fù)離子的合理方案。

電氣石(Tourmaline)是以含硼為特征的環(huán)狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物，具有顯著的熱電性和壓電性。電氣石微粒釋放負(fù)離子的能力與它的電極化強(qiáng)度有直接關(guān)系，電極化強(qiáng)度越大，產(chǎn)生負(fù)離子的能力越強(qiáng)。張志湘等[2]研究表明電氣石的自極化效應(yīng)是永久性的，利用電氣石自發(fā)極化產(chǎn)生的強(qiáng)電場(chǎng)可以增加羥基自由基的產(chǎn)生量。其主要原理是一方面電氣石可以促進(jìn)水分子的離子化增加對(duì)空穴的捕獲；另一方面強(qiáng)電場(chǎng)作用可以減少電子—空穴的復(fù)合。晶體材料專家指出：由于電氣石會(huì)產(chǎn)生永久的電氣，所以周圍會(huì)形成電場(chǎng)，存在于電場(chǎng)內(nèi)的水會(huì)被分解，產(chǎn)生與瀑布、森林等地自然產(chǎn)生的負(fù)離子相同的電氣石負(fù)離子，它與人工電器強(qiáng)制發(fā)生的負(fù)離子性質(zhì)不同。

因此，用電氣石來產(chǎn)生負(fù)離子是比較好的選擇，既健康又節(jié)能，又不會(huì)產(chǎn)生臭氧。但電氣石產(chǎn)生負(fù)離子的數(shù)量和效率不如電暈式產(chǎn)生負(fù)離子技術(shù)。針對(duì)這一問題，進(jìn)行了長(zhǎng)期、深入的研究，在提高電氣石產(chǎn)生負(fù)離子效率方面，取得了一定的效果。

3 提高電氣石產(chǎn)生負(fù)離子的途徑

3.1 電氣石粉體中加入二氧化鈰

在電氣石粉體中加入適量二氧化鈰(CeO2)，利用該稀土元素的輻射能量高，半衰減期限長(zhǎng)的特點(diǎn)，促進(jìn)電氣石進(jìn)一步對(duì)空氣的電離。對(duì)比試驗(yàn)如下：

將兩份不同的電氣石粉料，分別均勻地平輔在兩個(gè)100mm×100mm紙舟內(nèi)，同時(shí)分別放進(jìn)兩個(gè)0.01m3玻璃試驗(yàn)箱內(nèi)，讓其自然釋放，用美國ALPhaLab公司生產(chǎn)，AIR ION COUNTER大氣離子測(cè)量?jī)x，測(cè)量玻璃試驗(yàn)箱內(nèi)的空氣負(fù)離子濃度，測(cè)試結(jié)果見表1。

表1 兩種配比電氣石超細(xì)粉料釋放負(fù)離子濃度比較

實(shí)踐表明，復(fù)合配比的電氣石超細(xì)粉比未經(jīng)配比的電氣石粉料負(fù)離子濃度高9倍以上，Γ射線與自然環(huán)境相同。

電氣石與二氧化鈰復(fù)合配比，其產(chǎn)生高濃度負(fù)離子的原因可能是：二氧化鈰中的Ce4+在光照下轉(zhuǎn)化成Ce3+，在轉(zhuǎn)化過程中電子—空穴復(fù)合幾率降低，再在電氣石電場(chǎng)作用下，部分電子被迫隨電場(chǎng)方向定向移動(dòng)，復(fù)合幾率進(jìn)一步減少，電子—空穴復(fù)合幾率的降低，為電氣石/二氧化鈰復(fù)合粉體表面積聚了離解空氣分子的大量能量，從而產(chǎn)生高濃度的空氣負(fù)離子，同時(shí)Ce3+很快氧化成Ce4+，繼而重復(fù)前面的轉(zhuǎn)化。

3.2 淺膚工藝

淺膚工藝是依據(jù)交流電集膚效應(yīng)而來的。當(dāng)交流電通過導(dǎo)體時(shí)，電流將集中在導(dǎo)體表面流過，這種現(xiàn)象就叫集膚效應(yīng)。

曹南萍等[3]研究指出：電氣石球與水發(fā)生能量轉(zhuǎn)換和接觸反應(yīng)的過程僅局限于球外表面一個(gè)薄層上，球內(nèi)部的電氣石并未起到任何作用，等于白白浪費(fèi)了。

電氣石產(chǎn)生電荷的總量與垂直于c 軸的橫截面積成正比，和晶體片的厚度無關(guān)。熱釋電量的大小與溫度變化區(qū)間存在的關(guān)系，取決于晶體在不同區(qū)間的晶格膨脹率導(dǎo)致的不同程度離子位移或電子云的偏移[4]。

電氣石/二氧化鈰復(fù)合粉體經(jīng)過配比、稀釋、涂敷在載體上，載體表層積聚了離解空氣分子的大量能量，從而產(chǎn)生高濃度的空氣負(fù)離子。在這載體表層再涂敷上一層單獨(dú)電氣石粉層進(jìn)行如下試驗(yàn)研究。

3.2.1 試驗(yàn)條件

取兩種配比(復(fù)合粉體和單獨(dú)電氣石)超細(xì)粉各30g；粘結(jié)劑適量用以稀釋成漿料280g；460mm× 460mm方形進(jìn)口牛皮紙2張，(460mm是0.1m3玻璃試驗(yàn)箱單邊面積)；0.1m3玻璃試驗(yàn)箱一個(gè)，試驗(yàn)箱一面的中央開一個(gè)能安放測(cè)量?jī)x器的小窗口(40mm× 40mm)；6V、100mA微型風(fēng)扇一臺(tái)。

測(cè)量?jī)x器：美國ALPhaLab公司生產(chǎn)，AIR ION COUNTER大氣離子測(cè)量?jī)x。

3.2.2 試驗(yàn)方法

(1) 試驗(yàn)第一層。

將粘膠劑按照一定比例，分別調(diào)制成電氣石漿料；分別涂敷在460mm×460mm的牛皮紙上，電氣石涂層厚度0.3mm，讓其自然干燥；余下的電氣石漿料分開待用(注：涂敷的紙張和余下的漿料不要相互搞錯(cuò))；兩張中任意選擇一張：展開，貼放在0.1m3玻璃試驗(yàn)箱測(cè)量口對(duì)面，電氣石涂層面向測(cè)試儀器；開啟微型風(fēng)扇，分時(shí)段(10min、30min、1h)測(cè)量試驗(yàn)箱內(nèi)負(fù)離子濃度。再用同樣的方法測(cè)試另外一張紙的負(fù)離子濃度。

(2) 試驗(yàn)覆蓋層。

將待用的漿料，交叉覆蓋涂敷(即單獨(dú)電氣石的那張紙上涂復(fù)合粉體的漿料；復(fù)合粉體的紙上涂單獨(dú)電氣石的漿料)在兩張紙上，涂層與第一次相同，注意不可露白，待自然干燥后，再用上面同樣的方法測(cè)試其負(fù)離子濃度。

(3) 試驗(yàn)結(jié)果。

電氣石淺膚工藝試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 電氣石淺膚工藝釋放負(fù)離子濃度比較(個(gè)/cm3)

取以上各測(cè)試10次數(shù)據(jù)的平均值，單獨(dú)電氣石第一層為12 533個(gè)/cm3，復(fù)合粉體第一層為35 900個(gè)/ cm3；經(jīng)交叉覆蓋涂敷，單獨(dú)電氣石平均值升為37 200個(gè)/cm3，而復(fù)合粉體的反降為18 866個(gè)/cm3。

由此可見，試驗(yàn)數(shù)據(jù)和上述理論證實(shí)：電氣石負(fù)離子只能在淺表層獲得釋放，而涂敷在下層的涂層被上層覆蓋無法與空氣接觸、產(chǎn)生電解、釋放空氣負(fù)離子。這一試驗(yàn)充分證實(shí)淺膚工藝的理論依據(jù)，同時(shí)也為節(jié)省原材料，降低生產(chǎn)成本提供了有益的嘗試。3.3 蜂窩技術(shù)

通過對(duì)蜜蜂構(gòu)筑的蜂窩進(jìn)行長(zhǎng)期、深入的研究發(fā)現(xiàn)，蜂窩結(jié)構(gòu)節(jié)省材料而且堅(jiān)固美觀，蜂窩對(duì)人類認(rèn)識(shí)世界、改造世界產(chǎn)生了非常重要的影響。如今在飛機(jī)制造、橋梁和建筑物中廣泛使用蜂窩式結(jié)構(gòu)，取得了成倍提高強(qiáng)度、大幅節(jié)約材料的效果。蜂窩技術(shù)可以使復(fù)合電氣石的電極化表面積成倍地?cái)U(kuò)大。

實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，用電氣石粉刷的墻體負(fù)離子涂料，盡管滿墻涂滿了電氣石粉體，但室內(nèi)的負(fù)離子濃度并不高，每立方厘米僅幾百個(gè)，不能達(dá)到凈化室內(nèi)空氣、防病治病的效果(8 000個(gè)/cm3以上)，但耗費(fèi)的電氣石材料卻很多。研究表明，將上述表面涂敷復(fù)合電氣石粉料的試紙，卷起來堆疊成蜂窩形(見圖1)，在自然環(huán)境中測(cè)試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，比放在玻璃試驗(yàn)箱里的平板形的電氣石載體測(cè)得負(fù)離子濃度成倍的增加，原因是，蜂窩體幾何比表積可以達(dá)到800～2 000m2/m3，差不多是平面的十倍。

圖1 蜂窩式結(jié)構(gòu)

蜂窩體形狀可以是正方形、正六角形、正三角形、圓形、矩形、橢圓形等，試驗(yàn)結(jié)果表明：正六角形最佳，圓形次之，矩形第三位。

樣品經(jīng)上海市環(huán)境保護(hù)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)總站檢測(cè)報(bào)告如表3。

表3 檢測(cè)報(bào)告

3.4 阿基米德螺線技術(shù)

3.4.1 基本原理

阿基米德螺線(阿基米德曲線)，亦稱“等速螺線”。當(dāng)一點(diǎn)P沿動(dòng)射線OP以等速率運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，該射線又以等角速度繞點(diǎn)O旋轉(zhuǎn)，點(diǎn)P的軌跡稱為“阿基米德螺線”(見圖2)。

圖2 阿基米德螺線原理

3.4.2 原理的應(yīng)用

運(yùn)用阿基米德螺線原理，進(jìn)一步擴(kuò)大電氣石涂敷的截面積，增強(qiáng)電氣石電極化效應(yīng)。電氣石晶體自極化的存在導(dǎo)致“自然電極”的出現(xiàn)。顆粒越小，粉體比表面積越大，表面電荷量越多，顆粒附近的電場(chǎng)強(qiáng)度越強(qiáng)，這種強(qiáng)電場(chǎng)與空氣中水分子作用產(chǎn)生大量空氣負(fù)離子。用復(fù)合電氣石涂料經(jīng)雙面涂敷的載體，運(yùn)用阿基米德螺線原理自內(nèi)至外，由小到大，一圈套一圈，形成了無數(shù)個(gè)大小不等的筒體，它們之間留有間隙，呈現(xiàn)了層與層之間涂層既間隔又流通，筒與筒之間的空氣既阻隔又暢通的巨大渦旋體(見圖3)，這個(gè)渦旋體到一定體積時(shí)，形成了一個(gè)極性晶體巨大的電

矩，所積聚的大量能量與空氣中的水分子發(fā)生很強(qiáng)的電離作用，天然地釋放和蓄儲(chǔ)高濃度的純天然空氣負(fù)氧離子，加之含有稀土元素的材料，其衰變產(chǎn)生的電子流與空氣分子相碰撞，進(jìn)而電離空氣分子，使空氣負(fù)離子濃度進(jìn)一步增加。

圖3 阿基米德螺線結(jié)構(gòu)

3.4.3 對(duì)比試驗(yàn)

(1) 用阿基米德螺線體與蜂窩體所產(chǎn)生的負(fù)離子釋放效果做對(duì)比試驗(yàn)。

如圖1蜂窩體單孔邊為1cm的六角形，其載體用料寬度為7cm，(加1cm粘邊)長(zhǎng)度為30cm，每孔用料為0.021m2，共37孔，總用料0.777m2，單面涂敷。

如圖3b方形螺線體內(nèi)圈直徑為2cm，每圈間隔1cm，共5圈，長(zhǎng)15cm，用料86cm×15cm，為0.129m2，由兩組組成，總用料0.258m2，雙面涂敷，截面積為0.516m2。

(2) 試驗(yàn)方法。

在自然環(huán)境下，直接用AIR ION COUNTER大氣離子測(cè)量?jī)x，緊靠它們的釋放口進(jìn)行測(cè)試，其對(duì)比效果見圖4。

圖4 阿基米德螺線體與蜂窩體空氣負(fù)離子釋放濃度對(duì)比

(3) 試驗(yàn)結(jié)果。

以上對(duì)比試驗(yàn)的結(jié)果：①蜂窩體總用料0.777m2，縲線體總用料0.258m2，比蜂窩體省料3倍多；②蜂窩體涂敷面積0.777m2，縲線體涂敷面積0.516m2(雙面)，其負(fù)離子濃度高30%；③制作工藝：蜂窩體需單孔制作然后組裝，比較費(fèi)工耗料，縲線體可以大面積施工，成形方便，省時(shí)省料；④縲線體筒體套筒體電子流通比較活躍，與空氣中水分子作用廣泛，釋放和蓄儲(chǔ)負(fù)離子濃度較高。

阿基米德螺線體可以根據(jù)產(chǎn)品需要采用圓形體、橢圓形體、正方形體、長(zhǎng)方形體等。

3.5 電氣石負(fù)離子發(fā)生器與電暈式負(fù)離子發(fā)生器對(duì)比

電氣石負(fù)離子發(fā)生器相比電暈式負(fù)離子發(fā)生器具有明顯的優(yōu)勢(shì)，對(duì)比結(jié)果見表4。

表4 電氣石負(fù)離子發(fā)生器與電暈式空氣負(fù)離子發(fā)生器對(duì)比

4 結(jié)語

(1) 電氣石會(huì)形成永久電場(chǎng)，其周圍的水會(huì)被電解，產(chǎn)生與瀑布、森林等地自然產(chǎn)生的負(fù)離子相同的電氣石負(fù)離子，它與人工電器強(qiáng)制發(fā)生的負(fù)離子性質(zhì)不同。

(2) 通過深入試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在電氣石中添加CeO2可以大幅增加負(fù)離子產(chǎn)率；電氣石材料只在表層有極化效應(yīng)，內(nèi)部電氣石不起作用，所以宜將電氣石制成涂層材料使用；將負(fù)載有電氣石涂層的物體制成蜂窩形，可以擴(kuò)大極化效應(yīng)，其負(fù)離子產(chǎn)率是平面電氣石產(chǎn)品的8～10倍；阿基米德螺線型出口，可使電氣石涂層釋放負(fù)離子的濃度進(jìn)一步加大。

(3) 將以上技術(shù)集成運(yùn)用所開發(fā)的XY-801純天然空氣負(fù)離子泵，泵體可以釋放負(fù)離子接近200 000個(gè)/cm3，有較好的疾病自然療效，而能耗極低且無臭氧產(chǎn)生。該集成還可進(jìn)一步運(yùn)用于辦公室、居室、汽車、空調(diào)以及醫(yī)療等領(lǐng)域。

[1]林金明，宋冠群，趙利霞，等.環(huán)境、健康負(fù)離子[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[2]張志湘，馮安生，郭珍旭.電氣石的自發(fā)極化效應(yīng)在環(huán)境與健康領(lǐng)域的應(yīng)用[J].中國非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊，2003(1)：47-49.

[3]曹南萍，南小英，黎榮奎.在蜂窩陶瓷通道表面上燒結(jié)電氣石薄層[J].中國非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊，2005(6)：43-45.

[4]冀志江.電氣石自極化及應(yīng)用基礎(chǔ)研究[D].北京：中國地質(zhì)大學(xué)，2003.

Discussion on the Improvement of Negative Air Ions Release From Tourmaline

XI Bo-an
(Wuxi Xinyue Invironmental Science Development Co., Ltd., Wuxi 214187, China)

Negative ions are also called 'the air vitamin', they can make balance of human ions, release both body and mind, activate cells, prevent body from oxidation or being ageing, and increase rate of natural healing, etc. Tourmaline crystals have electrical potential difference, which produces permanent weak current, and releases negative ions. However, in general the current produced by tourmaline is too weak and the concentration of negative ion made is so low that it can not prevent and cure diseases. In this article, we learn and use worldwide academic results, and make deep study on aspects of selecting materials, increasing electric polarization, coating techniques, surface painting techniques, etc, and have some results in increasing the concentration of negative ion released by tourmaline, which makes the density go above 106/cm3. This lays good foundations in developing new products on air purification, PM2.5 ultrafine particle degradation, and improving the effect of natural healing in diseases, etc.

tourmaline; negative ion; application

P578.953；TD985

A

1007-9386(2015)02-0019-04

2014-09-02