净化空气陈设瓷壁炉的基本原理及技术创新

黄克生

摘 要：本文叙述了“净化空气陈设瓷壁炉”的基本原理、关键技术内容和技术创新。实践证明：此产品具有净化空气、取暖、凉风和陈设欣赏等用途，可广泛应用于家庭、宾馆、办公室、餐厅等。

关键词：净化空气；瓷壁炉；原理；技术创新

1 概述

随着社会经济的不断发展，以及人们生活水平的不断提高，对日用陶瓷要求也越来越高。仅靠改变花式品种，难以适应日益激烈的市场竞争。因此，笔者公司在市场调研基础上，引进清华大学新型与精细工艺国家重点实验室高新技术，开发净化空气陈设瓷壁炉新产品。产品的创新是以钛有机醇为原料，研制出净化功能的多孔陶瓷，并与电器、陈设瓷壁炉框体、仿真燃烧瓷饰件等组装而成。产品具有净化空气、取暖、凉风和陈设欣赏等用途，可广泛应用于家庭、宾馆、办公室、餐厅等。

2 净化空气陈设瓷壁炉产品的技术、质量指标

净化空气陈设瓷壁炉产品可达到如下指标。

（1） 电气安全、热风输送、陈设艺术方面的技术性能指标执行GB4706·1（IEC335-1）、GB4706·28（IEC335-2-30）和企业产品标准。

（2） 净化空气方面主要技术性能指标：臭气有害物质（代表物：HCHO、C7H8、SO2、NO2）去除率≥90%；灭菌率≥90%；风量≥6m3/min；电耗≤50W。

（3） 关键部件TiO2光催化远红外多孔陶瓷表面薄层TiO2粒度平均直径≤50nm；远红外辐射率≥90%；呈锐钛矿晶型；吸收波长为300～500nm。

3 产品的基本原理和关键技术内容

钛有机醇类与其他有机醇类、无机盐等经特定工艺反应，并将掺杂改性剂和银等金属离子复合，混合溶胶后生成掺杂改性纳米TiO2光催化复合功能陶瓷液（稳定液）。多孔陶瓷载体经特定工艺先后浸渍高效红外粉浆、TiO2复合功能陶瓷液，热处理后制成TiO2光催化远红外净化功能多孔陶瓷部件，功能多孔陶瓷表面中TiO2以平均直径≤50nm颗粒均布。净化空气陈设瓷壁炉正面出风口装有上述功能多孔陶瓷部件和除尘网；内有等离子体部件、紫光灯和电风机。通电时，紫光灯照射多孔陶瓷部件，电风机使室内空气强制对流。在紫光照射和红外粉作用下，多孔陶瓷表面纳米TiO2薄层由于具有量子效应、小尺寸效应、表面效应和掺杂改性效应、光催化活性高等特征，激发产生大量电子、空穴。其中，价带空穴可以将能级比其高的物质氧化，导带电子可以将能级比其低的物质还原。在高效的氧化、还原作用下，产生负氧离子和OH活性自由基，并分解了流过功能多孔陶瓷的有机物分子和生物分子，起到了净化空气、除臭、抗污垢、杀菌等功能。等离子体通过施加高压产生等离子，而离子化对流空气中的烟尘、霉菌等带正离子后，在负极被捕获，实现净化。壁炉中还装有背景灯泡、光折射镜片、仿真木桩煤碳瓷饰件和电热元件。通电时，电光折射、炉腔中瓷木桩煤碳饰件仿真燃烧、火焰跳动，图象逼真，起到艺术欣赏的功能。在冬天，电热元件加热对流空气以热风送出，有取暖功能。

3.1 TiO2功能陶瓷液制备

本产品的关键技术是高效掺杂改性纳米TiO2光催化复合功能陶瓷液的制备技术（即配方与工艺的确定）和多孔陶瓷浸渍红外粉浆、功能陶瓷液，以及热处理形成TiO2薄层的工艺技术，包括：载体与红外粉浆、功能液的优化配比、复合化和热处理技术。其工艺流程如图1所示。

3.2 净化空气多孔陶瓷制作

净化空气多孔陶瓷的工艺流程如图2所示。

3.3 净化空气陈设瓷壁炉整机装配

净化空气陈设瓷壁炉整机装配的工艺流程如图3所示。

4 产品的技术创新及难点问题

本产品的技术创新点为：一是产品结构的创新。将浸渍高效净化材料的功能多孔陶瓷部件与电器件、工艺陈设瓷壁炉框体与饰件组装制成具有艺术欣赏、暖凉风、净化空气多功能的家用电器；二是净化空气技术创新。采用吸附、远红外活化、光催化、等离子体等功能特性集于一体的高效净化技术。其中，功能多孔陶瓷载体制作中加进了远红外材料，大大增强了降解物的反应活性，提高光催化效果；三是高稳定性的功能陶瓷液制备工艺创新。使用钛有机醇类、无机盐和其他有机醇类，以特定工艺反应，并将掺杂改性剂、银等金属离子复合，制备纳米TiO2光催化功能陶瓷液。大大降低了生产成本，并提高了功能材料的光催化效率与灭菌效力。

本产品创新的难点为：一是在掺杂改性纳米TiO2功能陶瓷液制备工艺中，有机醇类、无机盐及其它溶剂、分散剂的选择；配比、浓度、pH值、温度等的调整；最佳条件下的稳定化技术；稳定化功能液可长期存放不发生絮凝、沉淀和变性。二是净化功能多孔陶瓷制作中，远红外粉、功能陶瓷液与多孔陶瓷载体优化配比及复合技术。三是净化空气陈设瓷壁炉中净化功能多孔陶瓷的光照度、空气流通截面与风速；施加等离子体的高压发生器等的优化设计。本产品与国内外同类产品的比较详情见表1。

5 结语

通过高效掺杂改性纳米TiO2光催化复合功能陶瓷液的制备技术和多孔陶瓷浸渍红外粉浆、功能陶瓷液，以及热处理形成TiO2薄层的工艺技术后，可成功研制出净化空气陈设瓷壁炉产品。实践证明：此产品具有净化空气、取暖、凉风和陈设欣赏等用途，可广泛应用于家庭、宾馆、办公室、餐厅等。