(中國建築材料研究院，北京100024)
論述了水和空氣在太陽光、地面輻射和熱輻射條件下，在礦物中金屬離子的催化作用下，被活化產生對健康有益的空氣離子和離子水的機理。論述了巖土和礦物質的保健功能，並簡要介紹了具有凈化功能、調濕功能和隔熱功能的礦物質。
保健功能；離子礦物；含有離子的空氣；離子水；光子催化；增效材料；凈化；濕度控制材料。
作者簡介:金宗哲(1935-)，男，朝鮮族，工學博士，教授級高級工程師。聯系方式:jinzongzhe@sina.com 010-68312052。
生命科學證實，疾病和衰老的根本原因與氧化有關，而阻止氧化的物質就是還原劑。對於生命科學來說，抗氧化物質是健康長壽的食物和材料。空氣、水、食物這些人類不可或缺的物質，都含有氧化和還原兩種物質，即氧化還原離子。酸性物質其實有時候是有害的氧化物，過度疲勞也和氧化有關。正離子加速氧化反應，汙染的空氣中含有大量的正離子，讓人感覺很不舒服。讓人感覺舒服，對健康有益的是負離子。總之，空氣、水、食物都與周圍的土地、巖石配合，產生具有健康功能的負離子空氣、具有還原功能的離子水、含有離子的健康食物。
本文對具有保健功能的含離子礦物質進行了論述，並對具有凈化功能、調濕功能、隔熱功能的礦物質進行了簡述[1 ~ 6]。
首先，健康的功能性礦物質
中國在古代就使用保健材料，在我國的古籍中記載了壹種神奇的石頭——石磚(古稱浮石)。夏商周時期，石磚用於治病，孔子用石磚養生(公元前551 ~ 479)。它是壹種微晶方解石，主要成分是碳酸鈣，含有鈦、鉻、錳、鋅、鍶、稀土等對健康有益的元素。遠紅外輻射發射率高，對人有熱效應，敲擊時發出可聽見的聲音，還發出頻率約20000 Hz的超聲波脈沖。迄今為止，其對人類健康影響的機制尚未闡明。李時珍的《本草綱目》中有106種礦物藥。此外，還有健康寶石:水晶——緩解疲勞，提高效率；綠色和紅寶石色——提高生育能力；鉆石——使人精力充沛，玉石——遠紅外輻射物質，激活血液；琥珀-中藥用於祛瘀，利尿，安神，治療血尿和失眠，治療潰瘍。
麥飯石:含36種元素和26種微量元素的堿性礦石。用於凈水、養殖、飼料和肥料，產生負離子；有害物質(有機和無機)的吸附、保鮮、防腐、除臭。此石又稱長壽石、凈化石、礦化水保健石。
電氣石:純度很高的電氣石(壹種寶石)，有紅、藍、白、黑等多種顏色，是壹種獨特的礦物，具有自發活化電極、壓電性和熱電性。1989日本學者久保證實電氣石顆粒周圍存在靜電場。它能產生負離子，活化水分子:吸附灰塵，凈化大氣，凈化水，殺菌除汙，有電磁屏蔽作用。
電氣石是壹種天然晶體材料，屬於三角晶系，呈復雜的三角柱狀。電氣石的化學式為XR3al6B3O27(OH)4，其中X為Na、K、Ca，R為Mg、Fe、Mn、Li、Al等。X的種類、含量和離子價態直接影響電氣石的性質。壹般來說，之所以會產生負離子，與其中存在永久電極[1]和變價金屬離子，使空氣中的分子電離有關。
(壹)負離子對人體健康的影響
空氣離子對人體健康和生理影響的研究早在20世紀30年代就有所論述。近年來，空氣中有哪些對人有益的離子引起了世界的廣泛關註。1980年，德國醫學界率先證明，陽離子多的人患慢性病的幾率高，交通事故也多。日本醫學界壹直非常重視空氣離子的作用，並進行了大量的觀察和臨床實驗，證明負離子對人體健康有益。
1)負離子直接影響細胞膜的電位，提高細胞的各種功能，促進新陳代謝，增加免疫力。
2)堿性離子可增加細胞通透性，增加攝氧量，改善肺功能。
3)負離子通過呼吸進入人體，調節血液的酸堿度，使其呈弱堿性。堿性離子具有表面活性劑的作用，使血管中的膽固醇形成膠體並分散，減少血液中的絮凝，降低血壓。
4)負離子能穩定自主神經，控制交感神經，改善睡眠效果。
5)增加排汗量，增加腦電波的α波，減少疲勞。
6)負離子還有控制炎癥、鎮痛、抗癌的作用，對肝硬化、糖尿病、神經麻痹等有治療作用。
(2)負離子的機理和特性。
1)機械作用:將空氣中分子的機械運動能轉化為化學能，使空氣中的水分子電離；由於空氣的熱運動，空氣分子相互摩擦碰撞，氣體分子電離或電荷轉移；由於水滴、水分子與空氣之間的摩擦或水分子之間的碰撞，氣體分子被電離或電荷轉移。
2)光作用:可見光、紅外光、紫外光、宇宙射線。
3)在巖石和土壤的輻射下，空氣中的分子與之電離。
4)靜電作用:外電場使氣體電離或尖端放電氣體分子俘獲電子變成負離子。所以雷雨過後，空氣中負離子濃度高，空氣非常清新。
5)化學能和生物能的相互作用:各種化學反應，植物的光合作用，海藻提供的生物能也能增加空氣中的負離子。
簡而言之，負離子的產生必須有能量的來源和負電荷的載體，其作用表現為負離子的輸出和氧化還原電位，如表1所示。
表1水中健康功能礦石的氧化還原電位和負離子輸出
註:儀器使用ORP/氧化還原監測儀(美國海洋公司)。2006年6月10至2007年6月10，將樣品放入水中，壹個月測幾次平均值，變化不大。
血液的氧化還原電位為124 ~ 160 mV，因此氧化還原電位低於160 mV的物質被視為有益於健康長壽的還原劑。廣西巴馬縣石灰巖和黏土突水的ORP在150 mV以下。因此，國際天然藥物協會承認這種水是健康長壽的水。
(3)電氣石中金屬和稀土元素的協同材料。
壹些礦物和無機氧化物復合粉末含有金屬離子。發現稀土元素的復合鹽還具有引起空氣中分子電離的作用，增加空氣中負離子的濃度[2]。
Re的變價過程，電氣石中的變價金屬離子，壓電和熱電效應，低能輻射的協同作用，使自由基濃度增加，並轉化為負離子(圖1)，負離子的產量可提高到2000個/cm3以上[3]。
圖1水和空氣在太陽光、地面輻射和熱輻射條件下，在電氣石中金屬離子和稀土元素的催化下產生負離子的過程。
第二，具有凈化功能的礦物質
大多數礦物在水介質中表面羥基化，水介質是帶電的。鹽和硫化物礦物的礦物表面有堿基和硫基團。因此，礦物表面產生極性和化學吸附。
氣體以各種方式凈化，例如吸附、分解、中和反應或離子交換，因此凈化量是吸附量、分解量、化學反應量或離子交換量的函數。凈化能力大於揮發能力，吸附速度大於解吸速度的材料稱為空氣凈化材料。
1)土壤是含有空氣和水的多孔物質，具有呼吸、自然自凈和過濾的功能。
2)多孔礦物:沸石、矽藻土、輕蛋白石、磷灰石、電氣石、應時、磁鐵礦等。
3)離子交換礦物:方解石、文石、碳酸鹽礦物、沸石、粘土等。
4)光子-離子協同凈化材料[3，4]:集成了化學吸附、物理吸附、光催化等多種催化技術。，並主要通過各種途徑產生活性氧自由基，具有持久的空氣凈化性能。
NH3的提純，NH3+OH→NH2+H2O NH2+OH→HNOHNO+O2→HNO 3(1)。
氮氧化合物凈化:λ≤430nm時NO2+Hν→NO+O NO+NH2→N2+H2O NO 2+OH→HNO 3(2)。
VOC的凈化:VOC+OH+O2→H2O+CO2+其他產物(3)
甲醛的凈化，當λ≤370nm時:
Hcho+h nu→ h+HCO，或H2+co co+oh → h+CO2 (4)
CO2凈化，當λ≤186nm時:
2H2O→O2+4h ++ 4e CO2+4h ++ 4e→CH2O+H2O(5)
MeO +CO2→MeCO3(Me (me金屬離子)(6)
第三，納米礦物隔熱材料
在1992中，美國的Haunt [5]提出了超級保溫材料的概念，在預定的使用條件下，比“無對流空氣”具有更低的導熱系數。
空氣中的主要成分氮和氧的自由程約為70納米。因此，只有當大部分孔隙的尺寸小於50nm時，材料中的對流才基本消除，大大降低了對流傳熱。許多研究表明，當材料中的孔隙直徑小於50nm時，孔隙中的分子失去了自由流動的能力，而是相對粘附在孔隙上，靠近材料的狀態接近於直孔狀態。同時，由於納米吸孔和極低的體積密度，材料內部會有大量的反射界面和散射顆粒，對可見光和紫外光的反射率都在95%以上。該材料的導熱系數在高溫和常溫下都低於空氣。粉末λ ≤ 0.020 w/m℃，塊狀λ ≤ 0.014w/m℃。
美國國家航空航天局航天飛機的隔熱瓦是以陶瓷纖維板為骨架，填充二氧化矽氣凝膠制成的。二氧化矽氣凝膠是壹種納米多孔無定形材料，孔隙率為80% ~ 99.8%，孔徑為1 ~ 100 nm，比表面積為200 ~ 1000 m2/g，密度為3 ~ 500 kg/m3。
其實有很多礦物具有隔熱性，比如蛭石(Mg，Fe，Al)3(Si，Al)4o 10OH·4H2O，就是壹種很好的隔熱納米礦物。900℃燒成時，其體積在1分鐘內膨脹10 ~ 30倍，膨脹蛭石有空氣阻隔，效果最好。這種材料還可用於隔熱隔音塗料和節能住宅的外墻。
4.具有濕度控制功能的納米材料
要求室內濕度保持相對恒定，高時吸收水分，幹時釋放水分的材料稱為調濕材料。濕度高時，空氣中的水凝結成水蒸氣，濕度低時凝結收縮氣化。常溫蒸氣壓p與毛細管半徑r的關系為LNP ∝ 1/r .當室溫相對濕度為40%時，r = 3.2nm；當相對濕度為70%時，r = 7.4 nm。根據這壹原理，調濕材料設計為進水孔半徑≥7.4nm，出氣孔氣化毛細孔半徑≤3.2nm，納米二氧化矽、酸處理海泡石、矽藻土均具有上述功能。吸放濕量為12g/m2·h
動詞 （verb的縮寫）納米粘土
在高分子材料中加入粘土可以改善其力學、熱學等性能，這種方法已經使用了10多年。
汽車:豐田和三菱汽車都采用尼龍和粘土混合材料，添加5%的納米粘土，剛度提高32% ~ 50%，彈性模量提高98%。包裝材料:啤酒瓶加入粘土，保存期由120天增加到200天。
納米粘土可用作光催化材料、遠紅外保健功能材料、空氣凈化、內外墻抗菌塗料等的載體。
不及物動詞結論
21世紀對礦物提出了新的要求和新概念。韓國在內墻塗料、床墊等日用品中使用玉石(寶石)；日本使用碧璽作為寶石不僅是為了舒適健康的功能性建材和生活用品[6]，也是為了環保節能。高科技和衣食住行領域對非金屬礦物的需求越來越多，也發現了許多非金屬礦物納米材料。與納米材料相比，天然礦物含有雜質或有害元素，且不規則，需要對其進行分選、分離和分級。主要優點:成本低，可批量生產，市場前景廣闊。長期用於內墻塗料、脫色、催化、塑料、造紙、食用油、食品、化工等行業，現在將擴大應用範圍。
在陽光、地面輻射和熱輻射的條件下，在礦物質中金屬離子的催化下，水和空氣被活化，產生對健康有益的空氣離子和離子水。該技術可應用於食品、中藥、紡織、健康住宅等行業，應用前景廣闊。
參考
[1]金宗哲，季誌江，梁晉生，等.電氣石自發極化的觀察。中國物理，2003，12(2):222-225
[2]金宗哲，季誌江，梁晉生等.稀土活化光催化凈化室內空氣的效果.第五屆國際環境材料會議。致美國夏威夷檀香山凱大學太平洋中心，2001
[3]金宗哲，王毅，等.光離子催化的稀土功能配合物.稀土學報，2005年，(12):54
[4]金宗哲。健康的室內環境，參見:中國科技發展經典文庫(第六卷)。北京:中國檔案出版社，2006，545。
[5]常來A，氣凝膠J.A .透明、多孔超級絕熱材料工程大會。贊助單位:ASCE，Pucloby，ASCE，1992:398-403
6約亨·弗裏克。氣凝膠及其應用。非結晶固體雜誌，1992，(3):356-362
功能性健康礦物質及其應用
金宗哲
(中國建築材料研究院，北京100024，中國)
文摘:水和空氣在陽光、地球輻射和熱輻射下，通過礦物金屬離子的催化作用，產生具有保健功能的離子。研究了具有保健功能的巖石和礦物，並簡要介紹了具有凈化、調濕和隔熱功能的礦物。
關鍵詞:功能健康礦物質、離子空氣、離子水、光催化、協同材料、凈化效果、調濕材料。