1、摘要隨著人類文明的進步，特別是第二次工業革命之后，現代科技與工業急速發展，人們的生活水平質量也不斷提高，每家每戶買房已成標配。而隨著人們的經濟發展越來越快速，購入新房越來越普遍的同時環境污染問題也越來越嚴峻。建筑裝修的同時人們對其美觀質量的要求也越來越高，導致現在大量的化學裝修、裝飾材料進入室內，建筑物的裝修材料所釋放的化學有害氣體、修飾家具釋放出的微量氣體充斥著整個房間，這些氣體使室內的空氣污染越來越多，空氣質量越來越差。而這些污染物中，甲醛對人體的健康危害影響最大，所以解決室內污染物是一件不容遲緩的事情。因此在都市里，為改善空氣質量增加室內空氣負氧離子濃度，人們在不斷的開發與研制出可以釋放

2、出負氧離子的功能涂料。所以電氣石粉體逐漸進入人們的視線，電氣石可以永久性的誘發負氧離子，同時不會產生臭氧，環保安全又節省資源。本文首先以負離子粉體的選擇，發現了摻入電氣石粉體的漿料能夠安全、環保健康并且永久的釋放出負離子。后又以如何提高電氣石粉體的負離子誘發量、充分利用該粉體為題，發現了解決方案。負離子粉體與負離子添加劑的最合理比例：10%的電氣石粉體，添加2%的獨居石粉體。在電氣石粉體中添加二氧化鈰。將需要進行涂抹的物體表面制成蜂窩狀，增大表面積。以上研究表明，電氣石粉體不能充分被利用，誘發的負離子濃度不大，未來還需各種實驗發現。關鍵詞：負氧離子；負離子粉體；負離子涂料；電氣石粉體第一章緒論

3、1.1研究背景隨著現代科學技術和工業農業的發展，環境污染和溫室氣體排放給我們的生存環境帶來了巨大的威脅，城市居民對綠色生活的追求越來越迫切。以室內空氣污染物揮發性有機化合物VOC、粉塵微生物為主。因此，有效的去除空氣中漂浮的有害氣體、凈化空氣質量、維持健康的生活環境的事成為最重要的目標。所以負氧離子逐漸進入人們的視線，負氧離子不僅可以凈化空氣，還可以讓人保持心情舒暢，提高人體自身的免疫愈合能力，對維持人體健康有極大作用。在建筑涂料中加負氧離子添加劑便可制成負氧離子功能涂料，它可以吸收室內甲醛、TVOC等空氣污染物，改善室內空氣，給人體營造一個舒適健康的居住環境從而滿足人體的生活需求。1.2負氧

4、離子發展現狀自然界中的負氧離子是指獲得了一個或多個負電荷的氧氣離子，它是衡量空氣質量好壞的重要標志之一。其中，小粒徑負氧離子能夠給人體帶來益處。因為負氧離子粒徑小，更容易穿透人體的血腦屏障，對人體健康有一定的影響。自然界釋放負氧離子的方式有很多種：由于太陽紫外線、宇宙射線、地雷、風暴以及大氣中的放射性元素和巖石的影響，大氣氧分子在大氣中電離，產生負氧離子，在。森林中的樹木、樹葉、樹梢和綠色植物通過光合作用產生負氧離子水因重力原因從高處落下，水高速流動后分子產生破裂，產生負氧離子。比如大自然界中的瀑布。自然界中可以釋放大量的負氧離子，放電效應、大氣因各種因素影響產生電離、綠植光合作用引起的光電效

5、應、瀑布導致水分子裂解等等都可以形成負氧離子。并且這些離子都具有粒徑小、活性高、濃度高等優點，能夠像保健品一樣調節人體的各項性能。除了自然界中的負氧離子，現在還有人造負離子的出現。大致分為兩種：是如一般高壓放電法一樣，通過模仿噴泉、閃電等自然現象，利用物理、化學反應，將能量提供給電子，以產生電離化反應從而生成負離子。是以材料來產生空氣負離子，主要為電氣石或者電氣石粉。它們具有熱電性和壓電性，基于這兩個特性，只要溫度和壓力有細微的變化都能引起電熱與電壓差，而產生的這個靜電電壓差足以讓空氣中的離子產生電離使其轉化成空氣負離子。空氣負氧離子可以殺菌抑菌、吸附空氣微量有害氣體、凈化空氣、提高人的免疫力

6、、調節功能均衡、凈化人體血液、調節自我神經、抗氧化防衰老、并且還具有長壽的功能。有研究發現所處環境所含的負氧離子濃度越高，對人體健康就越有益。空氣負氧離子就如我們生活中的陽光一樣，是人類健康生活中不可缺少的一部分，可以給人們帶來舒適愜意的生活環境。1889年，德國科學家埃爾斯特和格特首次發現了空氣負離子，aschkinas和Caspar以及俄羅斯科學家分別于1902年、1903年證實了空氣負離子存在的重要性，同時俄羅斯科學家首次發表一篇關于負離子治療疾病的文章。然而，在伊朗沙哈維特博士于1978年引進第一臺電子儀器生物濾池之前，中國對負氧離子的研究一直很淺，所以一直到二十世紀八十年代我國才開始

7、正式進行關于空氣負氧離子的開發研究。研究人員發現，負氧離子可以應用于許多領域，例如醫學、建筑環保涂料、生態旅游以及工農業。在連續100年的勘探中，人們始終試圖開發和利用負氧離子資源，我國對負氧離子的研究也不斷深入擴大。此外，負氧離子產品已經從醫療保健發展到空氣凈化，已經成為一個包括健康和環保的新興產業。如果我們持續開發與創新負氧離子，實現負氧離子持續利用，不僅會給我們的健康帶來便利，還會提高社會經濟發展。目前，已有越來越多的科研人員投入研究負氧離子，負氧離子在全世界的應用也越來越廣范。但同時，我國關于負氧離子的投入研究與國外相比也有許多不足的地方：關于負氧離子的研究如今在我國還不夠普遍，因此投

8、入在其研究的資金不夠。市場上有許多虛報關于負氧離子產品的現象，人們對負氧離子相關產品沒有明確的認知。所以為了真正造福于人民，在保護環境、經濟增長和社會穩定的同時實現自然資源的可持續利用，應大力投資負氧離子產業普及負氧離子相關知識。第二章負氧離子的產生及有益作用2.1負氧離子的產生現在的空氣質量越來越差，所以人們也越來越關注關于當地負氧離子濃度的含量情況，因為空氣負氧離子濃度是衡量空氣質量好壞的一個重要參數。所以首先我們要知道負氧離子是如何產生的。負氧離子目前有兩種產生方式：(1) 自然界的負氧離子：由于太陽紫外線、宇宙射線、地雷、風暴以及大氣中的放射性元素和巖石的影響，大氣氧分子在大氣中電離，

9、產生負氧離子，在。森林中的樹木、樹葉、樹梢和綠色植物通過光合作用產生負氧離子水因重力原因從高處落下，水高速流動后分子產生破裂，產生負氧離子。比如大自然界中的瀑布。自然界的放電、光電效果、噴泉、瀑布等都可以形成空氣負氧離子。(2) 人造負離子：就像大自然的噴泉或閃電效應一般，利用物理、化學反應，將能量提供給電子，以產生電離化反應和負離子。是以材料來產生空氣負離子，主要為電氣石或者電氣石粉。它們具有熱電性和壓電性，基于這兩個特性，只要溫度和壓力有細微的變化都能引起電熱與電壓差，而產生的這個靜電電壓差足以讓空氣中的離子產生電離使其轉化成空氣負離子。2.2 負氧離子對人體健康的有益作用負氧離子除了可以

10、吸收室內的甲醛、TVOC、粉塵顆粒凈化空氣等，它對人體健康也存在很重要的幫助，對人體本身有很大的作用。(1)調節自我神經在我們的腦及組織里有一種叫做5-羥色胺的神經遞質，又名血清素，因為它最早是在血清中被發現的。它是可以讓我們產生愉快情緒的因素。空氣負氧離子因為某些作用反應，降低了我們腦及組織內的血清素，我們本身的內分泌系統和神經系統因此產生了某些變化。它對我們生活中的失眠、無精打采、疲勞困倦有明顯的改善能力。還可以讓我們打起精神，提高我們的工作效率。(2)凈化血液現在許多人都偏愛重口味的飲食，例如火鍋、燒烤等等。當然，就口感來說，菜肴飲食當然要有相當的脂肪以及油分，吃起來才夠讓人產生濃濃的滿

11、足感。但是若長期攝入這些食物，我們體內的鹽會超標。鹽可以凝固血液，我們的血液內存在一種巨噬細胞，它可以吞食并處理大型異物、細胞排泄出的老舊廢物、壽終的紅細胞等，即清除我們血液中的有害物質。但如果我們每天都攝入高鹽食物，我們體內的血液便會粘稠導致流速變慢從而增加了心臟的負擔。而負氧離子與巨噬細胞接觸后便可以增強它的活性，從而釋放出抗凝劑來降低血液粘稠度，達到凈化血液的效果。負氧離子還可以跟我們血液中的紅血球結合，加快血液中二氧化碳和廢棄物的排除速度，排除體內的血液細胞和血管壁表面的毒素、膽固醇、其他血液的廢物。從而改善我們整體的新陳代謝，達到凈化血液、改善心臟功能達到降低血壓的目的。（3）抗氧化

12、、防衰老，增強免疫力氧化是指丟失電子的過程，而我們人體的衰老便是一種氧化過程。因為負氧離子是帶有負電荷的離子。它可以與我們體內的氧化細胞結合，阻止了電性搶奪的惡性循環，不僅可以實現抗氧化防衰老的作用，還可以預防疾病。它對人體有著很好的保健抗衰老作用，與我們體內細胞結合的負氧離子失去了負離子之后還可以形成氧氣，對我們人體也是有益的。同時因為負氧離子具有氧化作用，它可以清除因某些原因而導致數量劇增的自由基，從而發揮穩定血壓、保護心臟、提高人體自身的解毒能力、使激素的不平衡正常化的作用。所以在高濃度的負氧離子環境下，可以大大的提高我們自身的免疫能力。（4）長壽人類渴望活得更長，害怕看到自己臉上的衰老

13、，所以人們不斷的尋找健康的生活方式。在我們國內有一個全世界百歲壽星聚集最多的地區，廣西巴馬。巴馬屬南亞熱帶至中亞熱帶季風氣候區，該地區的負氧離子濃度可達20000個/cm3。相比其他城市而言，巴馬的負氧離子濃度含量是他們的幾十倍不止。所以巴馬地區人民長壽的原因與該地空氣的負氧離子濃度密不可缺。因此負氧離子不僅可以吸附我們室內的有害氣體從而凈化空氣、提高我們的居住環境質量，對我們人體的健康也有很大的幫助：凈化血液，增強自身的免疫力，調節自我神經，提高人們的壽命。所以說負氧離子對人體的好處數不勝數。在我們許多的古代神俠小說和電視劇中，總能看到很多仙人與高手都長期隱居在深山老林，與世隔絕的瀑布森林或

14、者世外桃源里。那里環境空氣清新，風景秀麗。從我們現在的科學角度來看，大自然里的空氣負氧離子含量更多更高，也越能讓人感到舒適感。大氣中負氧離子的濃度大致如下表所示。表2.1大氣負氧離子在自然環境中的濃度分布；單位：個/每立方厘米環境場所霖林溟布高山海邊曠聲郊區城市公園gj道綠此地帶城市撈間樓宇辦公寶負離子濃度1KJQ0-20Q005000-10000100-1000400-600200-40010040-&0人癢偎廉關系人體具有自然殺菌、贏少痊愈力疾病傳染増強人體丸疫改善身體健康力、抗菌力狀況改善身體健康誘發生理障礙狀況頭癢、失眼等誘發生理It礙頭承失匪等注：（表中的數據由臺灣科技大學葉正濤先生

15、收集整理）從上面這個表中我們可以知道，不同的地區它們所含的空氣負離子濃度也不同。在我們研究的所有地區中，森林瀑布的負氧離子濃度是最高的，其負氧離子濃度可達到10000-20000個/cm3。所以當我們身處在這種具有高濃度負氧離子環境的時候便會覺得心曠神怡、舒適愜意，同時也覺得空氣特別清新。相反的當我們身處在都市工業開發區工作時則會覺得容易疲憊、困倦并且記憶力下降的現象那是因為所處的環境空氣中的負氧離子含量很低，只有大概40-50個/cm3左右。而人們在這種環境下生活、工作，就容易出現精力不集中、困倦以及全身疲憊的狀況。所以說，空氣負氧離子的濃度含量對人體健康有很大的影響。比如之前介紹過的廣西巴

16、馬地區，那里是老壽星們的聚集地。在巴馬長壽村里有很多百歲老人，他們也都很健康，老去時也基本沒有病痛的折磨。那么為什么那個地區的人能健康長壽呢？除了與他們自身的生活作息與飲食習慣有關之外，還與他們所處的地理環境離不了干系。巴馬當地的空氣中充斥著大量的負氧離子，能達到20000個/cm3,就連縣城城區里的負氧離子含量也高達2000個/cm3以上。因為巴馬的森林覆蓋率很高，有一半地區都被森林所覆蓋；同時又因為巴馬地區磁場高易產生雷擊，而森林中綠植的光合作用與雷擊現象都能產生負氧離子，所以巴馬的空氣中負氧離子的濃度含量很高。那么人長期處在高負氧離子濃度的環境下，心情舒暢、愜意，這也是他們能夠長壽的主要

17、原因之一。所以說空氣中負氧離子的濃度含量與人體健康有著很重要的影響。第三章負氧離子功能涂料凈化機理及制備方法3.1負氧離子凈化機理分析3.1.1吸附和電性中和作用建筑物的裝修裝飾材料以及室內家具引起的懸浮在空氣中的有害微量氣體，它們產生的原因以及所存在的形態都是各種各樣的。空氣中存在的有害氣體分子有的以自由氣體分子的形式存在，有的由于大量正電荷在空中，有害的微量氣體被吸收，形成正離子。或者一些微氣體分子在現有的粒子表面沉積和團聚形成氣溶膠系統等。因為負氧離子具有負電位，即有多余的電子，因此它可以與空氣中的細菌、灰塵、煙霧等正粒子結合，聚集成一個球，落在地上，從而起到殺菌和消除有害氣體的作用。當

18、那些微粒氣體在空氣中遇到負氧離子時，空氣中浮游的氣體的一部分被吸附，后因自身重量墜落地面，就是使細菌的結構產生變化，從而導致細菌死亡降落到地面上。另一部分是漂浮氣體與空氣中的負氧產生電性中和，在不帶電的情況下產生中性分子，將原子浸入地下，從而達到凈化空氣、吸收有害氣體的目的。將負氧離子添加劑添加到建筑涂料中，在與空氣接觸的時候能產生巨大的吸附性能，可以吸附空氣中的有害氣體從而達到凈化空氣的作用。3.1.2化學反應負氧離子清除空氣中的甲醛、苯、氨、voc等有害氣體的方式都是電性中和、氧化還原以及物理吸附等方式來實現的。除了以上的電性中和與吸附作用的同時還伴隨著化學反應。室內裝飾引起的甲醛等有毒氣

19、體，負氧離子和甲醛接觸的同時，能立即打開甲醛化學按鈕，分解水和二氧化碳，在空氣從房間里流出時把它帶走。因此負氧離子具有非常強大的空氣凈化效果。例如空氣中的負離子其反應方程式為O+HO+e-fOH-22cHO+4OH-=cO+3HO2223.2 負氧離子涂料的制備方法負氧離子涂料是將負氧離子復合粉體與成品涂料添加至一起，然后充分攪拌在制備負氧離子涂料之前，我們要先知道負氧離子復合粉體1是如何制備的。在負氧離子復合粉體的制備中，我們需要用到的材料為：分散劑、潤濕劑、消泡劑、負氧離子粉體、納米二氧化鈦粉體。首先將分散劑、潤濕劑以及消泡劑按一定比例添加至蒸餾水中，在攪拌的同時加入適量的負氧離子粉體和納

20、米二氧化鈦粉體，高速攪拌后分散。將一定量的硅酸鈉添加至分散液中，再加入硫酸緩慢中和反應，最后用碳酸銨溶液進行洗滌、分離和沉淀。這些都操作完成后，將沉淀后的固體放置11OC的烘箱中干燥三小時，取出研磨便是負氧離子復合粉I。負氧離子涂料的制備方法5,6為：將負氧離子復合粉體、助劑以及乳膠漆按一定比例混合，然后在轉速為1300-1800r/min下高速分散15-30min，后降速。再加入水性固化劑在轉速為600-900r/min下攪拌3T0min,然后加入其他的助劑和色漿分散劑攪拌10-20min。最后過濾，便制成了負氧離子涂料。3.3 涂料中常用負氧離子粉體長石、電氣石、伊利石、云母、獨居石、鋯石

21、等都為市面上最為常見的負氧離子誘發粉。通過采用簡易配方:礦物粉料+潤濕分散劑+水+防沉劑+乳液。統一粉料的添加量為5%，添加不同的負氧離子誘發粉，從而來測試負氧離子誘生性。該測試結果如下表所示7。表3.1負離子誘生量基本配方序號原材料類烈添加量/%1去離子水9072潤濕分敬劑0.33負離子誘笈粉料54防沉劑15純丙乳液3GE胡宮縣嵩甘翁掃謹尿圖3.1不同負離子誘發粉體負離子誘生量檢測結果從圖3.1我們可以發現，獨居石和鋯石誘發的負離子濃度要遠遠大于長石、電氣石、伊利石以及云母。剩余四種礦物粉體中，電氣石誘發的負離子濃度也要遠遠高于其他三種。實驗發現，獨居石和鋯石都是含有豐富的Ce、La、Nd等

22、稀土類元素。但在紫外線、微型自然輻射和可見光的照射下，適量的天然原生放射性稀土物種會引起自由基并成為負離子，它們還會因為宇宙射線、地球放射性等自然輻射源，使空氣中的氧電離產生負氧離子。所以即使這兩種礦物粉體誘發的負氧離子濃度更高更多，但它們本身所具有的放射性會對其使用造成一定的局限性。電氣石，一種硼硅酸鹽礦物，又名托瑪琳它具有永久電極，可以與空氣或涂料中的水產生反應，形成水合羥基離子，這便是我們所說的負氧離子。同時擁有熱電性和壓電性，基于這兩個特性，只要溫度和壓力有細微的變化都能引起電熱與電壓差，而產生的這個靜電電壓差足以讓空氣中的離子被電離并轉化為負的空氣離子。同時，因為電氣石可以永久性的誘

23、發負氧離子，所以即便它的效率不如其他誘發粉，我們也大多采用電氣石粉為負離子功能填料。電氣石不會產生臭氧，同時健康安全又環保，節省資源。可以將電氣石作為填料加入到聚合物復合材料中，從而制備出具有負離子釋放功能的環境保護材料。3.4負氧離子粉體對凈化效果的影響及提高效率因為電氣石本身的結構復雜多樣，從而導致不同地區不同構成的電氣石具有的性能差異較大。而這些普通的電氣石粉體添加至我們建筑涂料中所產生的負氧離子濃度遠遠不能達到讓我們人體產生舒適、健康的作用，并且電氣石的產量及產地有限，導致其價格高昂。所以為了能充分的利用電氣石粉體釋放負離子這一功能，人們發現通過增添其他添加劑或改變其狀態可以提高電氣石

24、粉體產生負離子的效率，增強電氣石粉體的實用性。 電氣石粉體中添加獨居石粉體根據表3.1的配方，研究人員通過添加不同比例的電氣石粉體制備負氧離子涂料，觀察該涂料釋放負氧離子的濃度，來研究電氣石粉體的添加量對負氧離子濃度的影響。電氣石粉體的比例如下表所示。表3.2不同電氣石添加量漿料配方序號亙村花炎星U強4U1去克于蟲95.7?4.?.791.72潤濕分散劑030.3030.30,3i獨壓在粉01244防沉劑11111純丙乳液3333J測試結果如下圖所示。QENMU4、#制ffihh噩璃從上面的表中我們可以發現，不同電氣石含量的漿體的負離子誘發量也是不同的。電氣石的含量越多，漿體誘發的負離子量就越

25、多。但是從圖中可以發現當電氣石粉體添加量在15%的時候，負離子的誘發量只有1300個/cm3,根本達不到凈化空氣以及讓人體產生舒適、健康狀態的作用。所以為了提高負離子誘發量，可以在漿體中同時加入電氣石粉體和獨居石粉體。根據實驗發現，獨居石粉體具有天然的放射性能，而該性能能夠在提高電氣石活性方面有一定的幫助。它可以激發并且提高電氣石粉體釋放負離子的效率，增大電氣石粉體的負離子誘發量。根據人員的多次研究與試驗發現負離子添加劑的最合理比例：10%的電氣石粉體，2%的獨居石粉體添加劑。具體配方如下圖所見。表3.3負離子漿體配方序號叵村料類型添如量丿1去離子水83,72潤濕分散劑0.33屯乞石務】04獨

26、尼石務25防沉劑16至丙乳液3 電氣石粉體中添加二氧化鈰二氧化鈰是一種稀土元素，它的輻射能量高、半衰減期限長，因而對電氣石釋放負離子有一定的促進作用。例如席伯安8采用兩份電氣石粉體進行試驗，一份未經任何調配的電氣石粉體，另一份是添加了適量二氧化鈰的電氣石粉體同時進行測試6。表3.4兩種配比電氣石粉體釋放負離子濃度比較配比靈離子鍛度（個幾H?）射線(USV/)lOminSOminlh】2h24h耒經配比7007008知96010200.31復合配比373069107220764094900.36該實驗證明了未經配合比的電氣石粉體比復合配比的負離子濃度釋放量要低的多，復合配比的釋放量約是未經配合比

27、的九倍。產生高濃度負離子的原因可能是：CeO中的Ce4+被光轉換成Ce3+。在轉換過程中，電子塊復合的可能性降低。2在電場作用下，一些電子被迫沿電場方向移動，電子空穴復合的可能性進一步降低。電塊復合可能性的降低將大量的能量從解離的空氣分子聚集到電氣石或二氧化鈰復合粉體的表面，而Ce3+迅速氧化為Ce4+，然后重復先前的轉換。 蜂窩技術席伯安發現除了在電氣石粉體中添加二氧化鈰之外，我們還可以從涂抹的載體方面下手。發現用摻入電氣石粉體的漿體涂料進行室內涂抹，所釋放的負離子濃度很低，每立方厘米大概只有幾百個并不能達到吸附有害氣體、凈化空氣、預防疾病的作用。因為電氣石只有涂抹在表面才能真正發揮作用，隱

28、藏在內部的電氣石無法與空氣接觸發生反應，不能釋放負氧離子。所以電氣石涂料只適宜做表面涂層材料，同時可以將所需涂抹的物體制成蜂窩體。因為蜂窩的幾何比表面積相比平面的要大得多，如果將電氣石粉體涂抹上去，接觸的面積變大從而擴大負離子的誘發量，那么所引發的負離子的產量會是普通產品的8-10倍。例如以硅藻土為載體，添加電氣石粉體制成涂料。因為硅藻土本身是一種多孔構造、比表面積很大，所以電氣石粉體涂抹在其表面，吸附在那些孔隙當中能更有效的發揮出它的作用，負離子誘發量更強。圖3.2蜂窩式結構第四章結論現如今電氣石作為粉體摻料最為廣泛。因為電氣石它具有永久電極，可以與空氣或涂料中的水產生反應，形成水合羥基離子即空氣負離子。同時擁有熱電性和壓電性，基于這兩個特性，只要溫度和壓力有細微的變化都能引起電熱與電壓差，而產生的這個靜電電壓差足以讓空氣中的離子產生電離使其轉化成空氣負離子。電氣石可以永久性的誘發負氧離子，同時不會產生臭氧，環保安全又節省資源。為了更好的充分利用電氣石粉體，在電氣石粉體涂料中添加獨居石粉體、二氧化鈰，或將被涂抹物體表面制成蜂窩狀提大比表面積，都可以充分的利用和提升電氣石粉體的負離子誘發量。負離子涂料的應用也十分廣泛：關有俊等9采用自制的電氣石負離子粉制