凈化空氣陳設瓷壁爐的基本原理及技術創新

黃克生

摘 要：本文敘述了“凈化空氣陳設瓷壁爐”的基本原理、關鍵技術內容和技術創新。實踐證明：此產品具有凈化空氣、取暖、涼風和陳設欣賞等用途，可廣泛應用于家庭、賓館、辦公室、餐廳等。

關鍵詞：凈化空氣；瓷壁爐；原理；技術創新

1 概述

隨著社會經濟的不斷發展，以及人們生活水平的不斷提高，對日用陶瓷要求也越來越高。僅靠改變花式品種，難以適應日益激烈的市場競爭。因此，筆者公司在市場調研基礎上，引進清華大學新型與精細工藝國家重點實驗室高新技術，開發凈化空氣陳設瓷壁爐新產品。產品的創新是以鈦有機醇為原料，研制出凈化功能的多孔陶瓷，并與電器、陳設瓷壁爐框體、仿真燃燒瓷飾件等組裝而成。產品具有凈化空氣、取暖、涼風和陳設欣賞等用途，可廣泛應用于家庭、賓館、辦公室、餐廳等。

2 凈化空氣陳設瓷壁爐產品的技術、質量指標

凈化空氣陳設瓷壁爐產品可達到如下指標。

（1） 電氣安全、熱風輸送、陳設藝術方面的技術性能指標執行GB4706·1（IEC335-1）、GB4706·28（IEC335-2-30）和企業產品標準。

（2） 凈化空氣方面主要技術性能指標：臭氣有害物質（代表物：HCHO、C7H8、SO2、NO2）去除率≥90%；滅菌率≥90%；風量≥6m3/min；電耗≤50W。

（3） 關鍵部件TiO2光催化遠紅外多孔陶瓷表面薄層TiO2粒度平均直徑≤50nm；遠紅外輻射率≥90%；呈銳鈦礦晶型；吸收波長為300～500nm。

3 產品的基本原理和關鍵技術內容

鈦有機醇類與其他有機醇類、無機鹽等經特定工藝反應，并將摻雜改性劑和銀等金屬離子復合，混合溶膠后生成摻雜改性納米TiO2光催化復合功能陶瓷液（穩定液）。多孔陶瓷載體經特定工藝先后浸漬高效紅外粉漿、TiO2復合功能陶瓷液，熱處理后制成TiO2光催化遠紅外凈化功能多孔陶瓷部件，功能多孔陶瓷表面中TiO2以平均直徑≤50nm顆粒均布。凈化空氣陳設瓷壁爐正面出風口裝有上述功能多孔陶瓷部件和除塵網；內有等離子體部件、紫光燈和電風機。通電時，紫光燈照射多孔陶瓷部件，電風機使室內空氣強制對流。在紫光照射和紅外粉作用下，多孔陶瓷表面納米TiO2薄層由于具有量子效應、小尺寸效應、表面效應和摻雜改性效應、光催化活性高等特征，激發產生大量電子、空穴。其中，價帶空穴可以將能級比其高的物質氧化，導帶電子可以將能級比其低的物質還原。在高效的氧化、還原作用下，產生負氧離子和OH活性自由基，并分解了流過功能多孔陶瓷的有機物分子和生物分子，起到了凈化空氣、除臭、抗污垢、殺菌等功能。等離子體通過施加高壓產生等離子，而離子化對流空氣中的煙塵、霉菌等帶正離子后，在負極被捕獲，實現凈化。壁爐中還裝有背景燈泡、光折射鏡片、仿真木樁煤碳瓷飾件和電熱元件。通電時，電光折射、爐腔中瓷木樁煤碳飾件仿真燃燒、火焰跳動，圖象逼真，起到藝術欣賞的功能。在冬天，電熱元件加熱對流空氣以熱風送出，有取暖功能。

3.1 TiO2功能陶瓷液制備

本產品的關鍵技術是高效摻雜改性納米TiO2光催化復合功能陶瓷液的制備技術（即配方與工藝的確定）和多孔陶瓷浸漬紅外粉漿、功能陶瓷液，以及熱處理形成TiO2薄層的工藝技術，包括：載體與紅外粉漿、功能液的優化配比、復合化和熱處理技術。其工藝流程如圖1所示。

3.2 凈化空氣多孔陶瓷制作

凈化空氣多孔陶瓷的工藝流程如圖2所示。

3.3 凈化空氣陳設瓷壁爐整機裝配

凈化空氣陳設瓷壁爐整機裝配的工藝流程如圖3所示。

4 產品的技術創新及難點問題

本產品的技術創新點為：一是產品結構的創新。將浸漬高效凈化材料的功能多孔陶瓷部件與電器件、工藝陳設瓷壁爐框體與飾件組裝制成具有藝術欣賞、暖涼風、凈化空氣多功能的家用電器；二是凈化空氣技術創新。采用吸附、遠紅外活化、光催化、等離子體等功能特性集于一體的高效凈化技術。其中，功能多孔陶瓷載體制作中加進了遠紅外材料，大大增強了降解物的反應活性，提高光催化效果；三是高穩定性的功能陶瓷液制備工藝創新。使用鈦有機醇類、無機鹽和其他有機醇類，以特定工藝反應，并將摻雜改性劑、銀等金屬離子復合，制備納米TiO2光催化功能陶瓷液。大大降低了生產成本，并提高了功能材料的光催化效率與滅菌效力。

本產品創新的難點為：一是在摻雜改性納米TiO2功能陶瓷液制備工藝中，有機醇類、無機鹽及其它溶劑、分散劑的選擇；配比、濃度、pH值、溫度等的調整；最佳條件下的穩定化技術；穩定化功能液可長期存放不發生絮凝、沉淀和變性。二是凈化功能多孔陶瓷制作中，遠紅外粉、功能陶瓷液與多孔陶瓷載體優化配比及復合技術。三是凈化空氣陳設瓷壁爐中凈化功能多孔陶瓷的光照度、空氣流通截面與風速；施加等離子體的高壓發生器等的優化設計。本產品與國內外同類產品的比較詳情見表1。

5 結語

通過高效摻雜改性納米TiO2光催化復合功能陶瓷液的制備技術和多孔陶瓷浸漬紅外粉漿、功能陶瓷液，以及熱處理形成TiO2薄層的工藝技術后，可成功研制出凈化空氣陳設瓷壁爐產品。實踐證明：此產品具有凈化空氣、取暖、涼風和陳設欣賞等用途，可廣泛應用于家庭、賓館、辦公室、餐廳等。