CN106726628B

CN106726628B - 负离子远红外纳米多功能材料

Info

Publication number: CN106726628B
Application number: CN201611035568.2A
Authority: CN
Inventors: 申松林
Original assignee: Huizhou Shen Tian Biotechnology Co Ltd
Current assignee: Huizhou Shen Tian Biotechnology Co Ltd
Priority date: 2016-11-22
Filing date: 2016-11-22
Publication date: 2020-02-14
Anticipated expiration: 2036-11-22
Also published as: CN106726628A

Abstract

本发明提供了一种负离子远红外纳米多功能材料，按重量份计，包括：矿石粉1～86份；稀土粉1～115份；硅胶1～200份。本发明提供的功能材料，在现有技术的基础上提供了一种可以显著提升矿石、稀土盐电离空气产生负离子的能力的功能材料，另一方面，显著的提升矿石、稀土盐释放红外线的能力。

Description

负离子远红外纳米多功能材料

技术领域

本发明涉及功能材料领域，更具体地，本发明涉及一种负离子远红外纳米多功能材料。

背景技术

人类生活在大气环境中，大气的物理化学性质与人体健康的关系相当密切。现代社会文明发展，工业化程度提高的背后加速了大气污染等环境的破坏，特别是在人密集的居住、工作场所，大量空调及各种电器设备的使用，使室内空气质量恶化。据美国统计的数据，20世纪初，大气中正离子与负离子的比例为1:1.2，但现在的比例是1.2:1，完全破坏了自然界的离子平衡。汽车废气、工厂排放的各种煤烟、焚烧垃圾时的污染、使用农药和有机化合物的污染、空调和冰箱使臭氧层破坏、各种家用电器产生的电磁波等导致了正离子的增加。同时科学技术的进步和社会经济的发展，增强了人们的保健意识，改善离子平衡就可以增加舒适性，使身体恢复健康，负离子问题越来越得到人们的关注。

自然界存在多种自然现象:紫外线宇宙射线、放射性物质、雷电、风暴、瀑布、海浪冲击等，大气中的分子和原子在这些机械、光、静电、化学或生物能作用下会发生空气电离，其外层电子脱离原子核，失去电子的分子或原子带有正电荷，我们称为正离子或阳离子。而脱离出来的电子从产生的瞬间即被2.7x10¹⁹个/cm³分子所包围，使电子很容易被周围分子迅速捕获形成带负电荷的离子，称为负离子或阴离子。负离子再结合一定的水分子形成空气负离子团，结合水分子的数量由空气的湿度决定，一般结合8～10个水分子。空气离子的寿命一般很短，在人口密集的城市、工矿区，空气离子的寿命仅有几秒钟，而在林区、海滨或瀑布周围，空气离子的寿命就稍长，但也不过20min左右。这是由于一部分正、负离子互相碰撞，或与地面碰撞发生中和反应而失去电性，还有一部分离子与大气中的气溶胶碰撞后降至地面而消失。在特定的环境下，小的空气离子不断产生，又不断衰减，维持在一定的浓度范围内，正、负离子含量的比例亦维持在一个平衡常数。

负离子对环境的影响主要有抑菌、除菌、除臭的作用。空气负离子还可以消除各种室内装饰材料挥发出来的苯、甲醛、酮、氨等刺激性气体，日常生活中剩饭、剩菜的酸臭味、体臭味、香烟异味等。因为空气负离子能与空气中的有机物起氧化作用而清除其产生的异味，如与甲醛气体作用，存在以下的反应:

HCHO+O^-→H₂O+CO

CO+O^-→CO₂

负氧离子就使甲醛转变成了没有异味的水和二氧化碳，达到清洁空气的目的。

人们将空气负离子比喻为“蓝色维他命”和“空气长寿素”。负离子对于人体健康有重要的作用。(1)呼吸系统:由于负离子是通过人的呼吸道进入人体的，能提高人体的肺活量，从而改善及增加肺功能。(2)神经系统:负离子可增强脑组织的氧化过程，使其获得更多的氧，能振奋精神，提高工作效益，改善睡眠质量，加强脑力活动和大脑皮层功能。(3)心血管系统:负离子具有明显的扩张血管作用，能解除动脉血管痉挛，达到降低血压的目的.从而能改善心肌营养和心脏功能，有利于心脑血管疾病者的病情恢复。(4)血液循环:负离子能延长凝血时间，使血流变快，并增加血液中的含氧量，对人体血氧的输送、吸收、利用更加有利。

在自然界中，大气离子虽然看不见摸不着，但人们却可以感受到负离子的存在。雷电过后，因为电击在空气中产生了大量的负离子，野外的空气会格外清新；在海洋中除了雷电，海浪频繁的涌动也会产生大量的负离子，被海风带到海边，海边空气会令人心旷神怡。相反，大气中过多的正离子会引起失眠、头疼、心烦、血压升高等反应。例如在狂风飞沙之日，在人群密集、空气污浊的场所，空气正离子数量骤增，会给人以心烦意乱，头疼疲乏之感。利用空气负离子的产生机制，采用人工方法也可人为创造出富含负离子的大气环境。

人工产生负离子的主要方法是使空气“电离”，从空气分子或原子中夺取一部分电子，与其他的中性分子或原子结合形成新的负离子。常用发生负离子的人工方法有如下几种:(1)Lenard效应(瀑布效应):利用人工水流、瀑布、喷泉、波浪的撞击力使水分子电离，产生负离子。(2)电晕放电:利用高压电极的电晕放电作用使空气电离，产生负离子。(3)加热、挤压、摩擦:利用电热或人体对保健用品的挤压摩擦使空气中的水分子电离，产生负离子。(4)天然矿物材料：利用电气石或其他负离子矿物材料的天然能量激发空气电离产生负离子，是一种经济实用的无源负离子发生器。

近年来研制的负离子发生器着眼于同时具有清新、除臭、杀菌、保鲜、改善环境与治疗疾病的功能，如利用活性炭吸附、过滤材料、静电除尘装置等。虽然发生器产生的负离子浓度很高，但是都伴随有副效应，由于采用高电压，会产生大量的异味，提高了臭氧和氮氧化物的浓度，易诱发动脉硬化和癌症。目前的负离子发生器，未能把静电沉降下来的飘尘有效地收集、去除，长期使用，常常造成负离子发生器附近的墙壁、物件污染、变黑。

利用天然矿物材料，作为负离子源，激发空气电离产生负离子对人体没有副反应，不会对人体造成任何伤害。但天然矿物材料例如300g不同产地的电气石粉体产生的负离子的范围在100～350个/cm³，产生的负离子数量较少，能力有限，不能达到卫生标准所需要的负离子浓度。现有技术中，利用稀土盐与电气石进行机械化学复合，可以提高电气石对空气分子的电离能力，但效果仍不理想，成为制约天然材料发展的阻力，另一方面，目前研究阶段，仍没有研制出矿物材料与稀土粉充分发挥自身电离能力电离空气生产负离子以及产生与人体共振的红外线的材料。

为充分发挥天然矿石材料的优势，亟待研制出高效产生负离子的材料。为此本发明提供一种能够电离空气产生大量负离子，同时释放远红外的多功能材料。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了种负离子远红外纳米多功能材料。

为了实现上述发明目的，本发明采取了以下技术方案：

一种负离子远红外纳米多功能材料，按重量份计，包括：

矿石粉 1～86份；

稀土粉 1～115份；

硅胶 1～200份。

作为一种优选的实施方式，所述负离子远红外纳米多功能材料，按重量份计，包括：

矿石粉 19～66份；

稀土粉 10～93份；

硅胶 10～180份。

作为一种优选的实施方式，所述稀土粉选自氧化镧粉、氧化铈粉、磷酸铈粉、氧化钕粉、氧化钇粉、氧化镨粉、金属镝粉、金属镨粉、金属钕粉、金属铽粉、金属钐粉、碳酸铈粉、氢氧化铈粉、硝酸镧粉、硝酸铈粉、硝酸铈铵粉、硝酸钇粉、氯化镨粉、硝酸钕粉、氯化铈粉中的一种或几种。

作为一种优选的实施方式，所述矿石粉选自电气石、麦饭石、蛋白石、北投石中的一种或几种。

作为一种优选的实施方式，所述硅胶包括食品硅胶或改性硅胶。

作为一种优选的实施方式，所述改性硅胶为稀土金属盐改性的硅胶。

作为一种优选的实施方式，所述稀土金属盐包括硝酸镧、硝酸铈、硝酸铈铵、硝酸钇、氯化镨、硝酸钕、氯化铈中的一种或几种。

作为一种优选的实施方式，所述稀土金属盐改性的硅胶中稀土金属盐与硅胶的质量比为1：(1～4)。

作为一种优选的实施方式，所述负离子远红外纳米多功能材料的粒径为25～100nm。

本发明另一方面提供了负离子远红外面膜，采用所述的负离子远红外纳米多功能材料制备得到。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明提供的功能材料，在现有技术的基础上提供了一种可以显著提升矿石、稀土盐电离空气产生负离子的能力的功能材料，另一方面，显著的提升矿石、稀土盐释放红外线的能力。

采用稀土金属改性的食品硅胶与稀土粉、矿石粉相互起到协同作用，不仅可以提升硅胶的机械强度，稀土金属与硅胶螯合后，利用稀土金属、矿石粉、稀土盐粉末三者的相互作用，稀土元素的原子序数高，原子半径大，具有未充满的4f电子层结构，电子能级多种多样，很容易失去外层电子，具有特殊的变价特性和化学活性，使得矿石粉、稀土盐具有意想不到的电离空气的能力，产生的负离子含量高，产生时间长，红外线与人体发出的远红外线的波长范围一致，产生共振，起到保健养生的目的，进一步扩大了本发明提供的负离子远红外纳米多功能材料的用途。

另一方面，本发明中提供的负离子远红外纳米多功能材料，能够电离空气产生负离子的时间久，适于大批量生产制造，并可以回收利用，利用度高，适于商业生产，节约成本，经济效果极佳。

具体实施方式

参选以下本发明的优选实施方法的详述以及包括的实施例可更容易地理解本发明的内容。除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本发明提供一种负离子远红外纳米多功能材料，按重量份计，包括：

矿石粉 1～86份；

稀土粉 1～115份；

硅胶 1～200份。

所述硅胶包括食品硅胶或改性硅胶。

改性硅胶为稀土金属盐改性的硅胶。

稀土金属盐改性的硅胶是指将硅胶活化后，与γ-氨丙基三甲氧基硅烷(APTS)进行硅烷化反应，然后与丙烯酸甲酯(MA)进行迈克尔加成反应引入酯基，最后与四亚基五胺引入足够的氨基，与稀土金属盐进行螯合制备得到的。

负离子：

负离子是存在于人类生存环境——大气层中一类带负电的离子，或离子团。它依靠诸如空气碰撞、雷电、辐射、水流冲击，植物光合作用，物质尖端放电等诸多方式产生，对人类身体健康，生活环境质量有很大的益处。空气负离子也因此被称作“空气维生素”，是衡量空气清洁程度的重要指标之一。

空气中存在各种各样的原子、分子，且无时不刻在做着布朗运动。流动的空气促进原子、分子的碰撞运动，使得部分分解，得到或失去电子，从而形成了大量的正、负离子。但这些负离子单独存在的寿命很短，只有几十秒，因此，常常会与空气中的氧气，粉尘颗粒等集合形成大离子团。大气中的负离子，除了空气中自主产生的部分外，还有几个重要的产生方式：(1)宇宙射线、太阳紫外线、放射性元素射线激发以及雷电激发；(2)海浪、瀑布等水流冲击，飓风、台风等风力摩擦；(3)森林、草原等绿色植被的光合作用以及物质尖端放电。近年来，为了解决大城市人口密集区的空气质量，一些人类自主研发的负离子发生装置，也成为了产生空气负离子的一个新的动力。然而，传统的负离子发生器伴随有一些有毒气体，诸如臭氧等，使得负离子发生器的发展受到了制约。

天然矿石

天然矿物材料例如电气石、奇才石、蛋白石，麦饭石、北投石能够永久性地释放负离子，辐射红外线，具有杀菌抗菌的功能。这些天然矿物材料无毒，无污染，且不会伴随负离子产生对人类、环境有害的物质。天然矿物材料作为一种新型的清洁环境保健材料，完全能够替代原有的，传统的诸如电晕放电等负离子发生装置。另外，天然矿物材料是硅酸盐矿物，具有压电和热释电效应，可以与各种无机材料复合，应用到人类的实际生活中。例如，与传统的建筑用陶瓷地板砖复合制备成新兴陶瓷材料；与墙体涂料复合，制备成负离子功能粉体，应用是住房涂料中。这类产品在具备日常使用功能的同时，兼具释放负离子，改善家居环境的作用。

无论从晶体化学还是从应用的角度来考虑，纳米化天然矿石微粒在1～100nm左右的范围内应有一个最小值，低于这个最小值，微粒很可能就不具有天然矿石以及纳米微粒的特性。根据天然矿石的晶体结构和纳米微粒所具有的特点，可以判断纳米化天然矿石微粒的最小尺度应建立在其结构不遭到破坏(保持其物理、化学方面的稳定性)的基础上，只有这样才会兼具天然矿石以及纳米微粒的特性，而纳米化天然矿石的最佳粒度值应建立在这个基础之上。目前天然矿石在什么粒度范围内，在何种处理条件下，才具有最佳的应用效果，特别是在健康、环保等方面的应用研究还不够深入，而这些正是更好的应用天然矿石所急需的。

采用磷酸缓冲溶剂对矿石样品洗涤三次，有效去除了矿石表面附着的杂质，克服了现有技术中对于无法确定矿石微粒最小值(结构不遭到破环，保持了纳米微粒的特性)的技术阻碍。

本发明矿石粉选自电气石、麦饭石、蛋白石、北投石中的一种或几种。

以电气石为例，以下详述本发明中对天然矿物的处理方法。

电气石样品为新疆阿勒泰矿区的黑色电气石，结晶颗粒较大，晶形完好，同时内部裂隙多，含有一定量的包裹体杂质。用磷酸盐缓冲溶液对矿石原体进行洗涤，反复三次，干燥，有效去除矿石表面杂质，并且不会破环矿石内部结构。

磷酸盐缓冲溶液的制备：取0.2mol/L磷酸二氢钾溶液250ml，加0.2mol/L氢氧化钠溶液118ml，用水稀释至1000ml，即得。

首先用淘洗分选法将粉体样品中密度较小的粘土类矿物、云母以及灰尘等杂质去除，经电热恒温鼓风干燥机在90℃下进行干燥；然后用WCF－2多用磁性分析仪进行分选，去除样品中的部分磁铁矿、石英、长石等杂质以及破碎过程中引入的铁质污染，即得较纯的电气石粉体样品。

电气石晶体颗粒的破碎：将洗涤过的矿石首先用SP－100×100鄂式破碎机对电气石晶体颗粒进行第一次破碎，得到粒径为0～15mm的样品；再经过XPS－

辊式破碎机第二次破碎，得到粒径为1～5mm的样品；用振动磨样机进行第三次破碎，经筛分，得到粒径约200目左右的粉体，得到的粉体经气流磨粉碎至1μm左右，使用湿法研磨进行粉碎，把1μm左右电气石粉体以去离子水为液相介质，以一定固液比均匀混合为浆体，加入稀土粉后，稀土金属改性过的硅胶，均匀混合后用粒径为1～3mm氧化锆球作为研磨介质，研磨。研磨过程中，经冷却水制冷，进料温度在15℃，出料温度在35℃左右；砂磨机的搅拌轴转速保持在每分钟3200r/min。

本发明对于粉体的后处理采用乙醇对样品粉末进行多次洗涤，然后90℃条件下干燥处理即得干燥的粉体。在多次洗涤中，乙醇会带走部分水分，同时置换微粒表面的水分子，由于乙醇的表面张力小于水的表面张力，干燥过程中，由表面张力引起的毛细管力大幅度减小，从而减少了因毛细管力导致的微粒之间紧密靠近，减少了微粒间表面羟基以氢键结合而产生的硬团聚。

采用上述步骤处理得到的矿石粉粒径范围在25～100nm(通过采用丹东百特仪器有限公司的BT-9300S型激光粒度分析仪对电气石粉进行粒度分布测试)，既保证了矿石粉的粒径足够小，具有大的比表面积，电离空气产生负离子的能力强，又不会破环矿石粉内部结构。

远红外线：

远红外线是远程红外线的简称。太阳光线大致可分为可见光及不可见光。可见光经三棱镜后会折射出紫、蓝、青、绿、黄、橙、红颜色的光线(光谱)。红光外侧的光线，在光谱中波长自0.76～400微米的一段被称为红外光，又称红外线。红外线属于电磁波的范畴，是一种具有强热作用的放射线。红外线的波长范围很宽，人们将不同波长范围的红外线分为近红外、中红外和远红外区域，相对应波长的电磁波称为近红外线、中红外线及远红外线。红外线是一种光波，它的波长比无线电波短，比可见光长。人们肉眼看不到红外线，任何物体都发射着红外线。热物体的红外线辐射比冷物体强。航天科学家对处于真空、失重、超低温、过负荷状态的宇宙飞船内的人类生存条件进行调查研究，得知太阳光当中波长为6～14微米的远红外线是生物生存必不可少的因素。因此，人们把这一段波长的远红外线称为“生命光波”。这一段波长的光线，与人体发射出来的远红外线的波长相近，能与生物体内细胞的水分子产生最有效的“共振”，同时具备了渗透性能，有效地促进动物及植物的生长。

远红外线是一种对人体有益的光，是生命之光。远红外对人体没有坏处，就算放射出几十度的高温，人体也可以接受，且不存在灼热感。当然远红外对于人体的辅热会导致人体水分蒸发，所以使用红外线电器时需要注意补水。燃料燃烧、电热器具热源等放出的红外线多属于近红外线，由于波长较短，因此产生大量的热效应，长期照射人体后会产生灼伤皮肤及眼睛晶状体等伤害。波长更短的其它电磁波如紫外线、X射线及γ射线等，会使原子上的电子产生游离，对人体更有伤害作用。远红外线则不然，由于波长较长，能量相对较低，所以使用时没有烫伤的危害。远红外线也和家用电器所放射出的低频电磁波不同，家用电器所释出的低频电磁波可穿墙透壁及改变人体电流的特性，而被人们高度怀疑其危害性。

真正的远红外线在人体皮肤的穿透力仅有0.01～0.1cm，人体本身也会放出波长约9微米的远红外线，所以和低频电磁波不可混为一谈。远红外线被用在许多疾病的辅助治疗上，例如筋骨肌肉酸痛、肌腱炎、褥疮、烫伤及伤口不易愈合等疾病，都可以利用远红外线促进血液循环的特性，而达到辅助治疗的目的。

远红外线的特性：(1)放射、辐射。宇宙中的能量根据能量守恒定律进行形态变化，其总量保持均衡。其中一种形态就是热能，热能通过传导、对流及放射三种方式进行传达。其中属于远红外线特征的放射是指，热量不经过中间媒体，直接且瞬间地传达到对象物体。其传达速度等于光速，如果使用反射板，就可以改变传达方向，因此远红外线热效率高，应用范围广。(2)渗透。远红外线与可视光和近红外线不同，它不仅可以到达人体或物体表面，还具有渗透到物体深层内部的特性。例如在30℃的水中几乎感觉不到热量，但在相同温度下如果有阳光照射就会感觉到温暖。原因是阳光中包含的远红外线渗透的皮肤深处产生了热，这就是远红外线的渗透特性。这性质可应用于包装干燥或食品干燥，并应用于治疗某些疾病维持健康。(3)共鸣、吸收。构成物质的分子的数量属于远红外线范围领域时，如果用与物质具有相同波长段的远红外线照射物质，远红外线就会被物质吸收产生共鸣现象振幅会逐渐增加。增幅振动能的一部分因自我发热转换为热量，另一部分作为活化分子运动的活性能量。远红外线具有与构成某些物质的分子震动率相投的频率，易被物质吸收而产生共鸣。这就是远红外线的共鸣、吸收特性。

稀土元素：

稀土元素，简称稀土(Rare Earth，RE)，是指原子序数从57的镧La到71的镥Lu这15种镧系元素再加上同属IIIB族的钪Sc和钇Y，共17种元素。由于钪的化学性质与其它16种元素有较大的差别，因此，通常提到稀土一词时，仅指除钪以外的其它16种稀土元素。稀土是典型的金属元素，其活泼性仅次于碱金属和碱土金属。由于决定稀土化学性质的外层电子构型基本相同，产地又同在极其复杂的矿中，紧密共生。稀土元素具有独特的4f电子结构、大的原子磁矩等特点，表现出许多独特的物理性质和化学性质，在光、电、磁等高新技术领域具有广泛应用，被誉为新材料的宝库。

稀土离子的4f电子从基态或较低的能级跃迁至一个更高的能级是吸收激发能量的一个过程，而电子从更高能级的激发态以福射的方式跃迁到基态或较低的能级时向外辐射能量。

稀土离子具有未填充满的，并且受到外界屏蔽的4f5d电子组态，稀土元素具有其它一般元素所无法比拟的化学性质，拥有着丰富的电子能级和长寿命激发态，能级跃迁多达20余万个，可以产生各种的吸收和发射，可以发射出从紫外光、可见光，一直到红外光区的各种波长的电磁辐射。

本发明所述稀土粉包括但不限于氧化镧粉、氧化铈粉、磷酸铈粉、氧化钕粉、氧化钇粉、氧化镨粉、金属镝粉、金属镨粉、金属钕粉、金属铽粉、金属钐粉、碳酸铈粉、氢氧化铈粉、硝酸镧粉、硝酸铈粉、硝酸铈铵粉、硝酸钇粉、氯化镨粉、硝酸钕粉、氯化铈粉。

硅胶

食品硅胶属加成型。该硅胶透明度高，稳定性和流动性好，能灌铸和刷涂。与缩合型相比，尺寸稳定好，线缩率小于0.1％，耐高温可达250℃，在密封环境中加热不还原。主要用于食品的复模，糖果模具，蛋糕模具和尺寸要求很稳定的器材，以及碳纤维复合材料，机器零件的测绘。此产品原料均通过SGS环保材料认证。除完全卫生、耐高温之外，还具有易清洗、多样性、使用寿命长、舒适性、潜力性等特点。食品用硅胶是由硅酸缩聚而成的无机高分子胶体材料，主要成份是SiO₂·nH₂O，其含量在98％以上，无毒无味，化学性能稳定，在常态下除苛性碱和氢氟酸外，不和任何酸碱盐起反应。由于它是一种胶体结构，所以具有很多微孔和很大的比表面积。食用硅胶孔径约为8～10nm，所以食品级的硅胶可以作为食品、药品的外用干燥剂。由于食用硅胶是经过精制和灭菌后，可以和食品药品按需要量混合后直接保证食品的干燥并和食品一起食用，而对人体无任何毒副作用。主要成分为SiO₂·nH₂O的无机硅胶是由硅酸缩聚而成的无机高分子胶体材料。SiO₂·nH₂O含量在98％以上，该硅胶孔径约为8～10nm，比表面积300～500m²/g，而且表面亲水，对水有很强的吸收能力，在高湿情况下其吸水量可达自身重量的80％～100％以上。所以该硅胶可以作为食品、药品的外用干燥剂。

改性硅胶：

为了提供一种可以促进矿石粉和稀土盐激发空气释放负离子的能力的基材，本发明将食品级硅胶进行稀土金属螯合改性，得到的改性硅胶具有可以与稀土盐中稀土元素协同作用，相互促进矿石粉激发空气释放负离子的能力，并同时产生可以与人体共振的远红外线。

硅胶原料为食品硅胶，对其进行改性。步骤如下：

(1)活化硅胶

为了增加硅胶表面的可用于化学键合的硅羟基的数目，需要对硅胶进行活化处理。硅胶活化处理分酸洗和烘干两个阶段。先用硝酸水溶液，加热处理，冷却后用蒸馏水洗至中性，再用盐酸浸泡，然后用蒸馏水多次洗涤至无氯离子，最后置于马弗炉中在干燥，冷却备用。

将硅胶活化后，与γ-氨丙基三甲氧基硅烷(APTS)进行硅烷化反应，然后与丙烯酸甲酯(MA)进行迈克尔加成反应引入酯基，最后与四亚基五胺引入足够的氨基，以利于与稀土金属螯合。

(2)SiO₂-NH₂的合成

称取一定的活化后的硅胶于四颈圆底烧瓶中，分别加入硅烷化试剂γ-氨丙基三甲氧基硅烷(APTS)和的重蒸甲苯，加热下搅拌回流，过滤出固体，依次用甲苯抽提、乙醇抽提，干燥得产品SiO₂-NH₂。

(3)SiO₂-NH₂与四亚基五胺的反应

在四颈圆底烧瓶中加入SiO₂-NH₂、重蒸丙烯酸甲酯和甲醇，用N₂保护，反应一定时间，过滤出固体，依次用甲醇抽提、四氢呋喃抽提，干燥。取干燥后的固体，加入甲醇及的四亚基五胺圆底烧瓶中，用N₂保护，反应一定时间，过滤出固体，依次用甲醇抽提，四氢呋喃抽提，干燥改性硅胶前驱体。

(4)稀土金属盐改性硅胶

在圆底烧瓶中加入改性硅胶前驱体与蒸馏水，油浴加热，磁力搅拌条件下，将稀土盐溶解在水中，将其缓慢加入到圆底烧瓶中，用NaOH溶液调节反应液的pH值到7，升温，保温反应，待反应完毕，生成少许白色沉淀，加入有机溶剂无水乙醇将鳌合物沉淀出来，进行离心分离、干燥，即得。

本发明中所述的稀土金属在硅胶内的相对位置得到固定，改性硅胶中的稀土金属与稀土粉中的稀土金属的相对位置得到固定，由于稀土离子本身具有丰富的能级，并且在晶体场的作用下，可以产生能级分裂，导致能级数量大大增加，能级分布更加密集。同一个稀土离子本身的两组不同的能级对之间的能量差相等的机会增大，不相同的两个稀土离子中的两组能级对之间的能量差相等的机会也会增大。在多极矩的作用下，能量差相匹配的两组能级对之间易发生辐射过程，实现离子间的能量转移。稀土金属与稀土金属的相互配合，促进彼此衰变产生能量较高的β射线，能够提高电气石粉的自发电场强度，提高电离能力，从而增加负离子产量。克服了传统矿石粉掺杂稀土元素中稀土元素不能充分发挥增强电场的作用的现有技术阻力。另一方面，本发明中提供的新型功能材料中，由于稀土金属的相对位置固定，两种稀土元素相互激发，使得稀土金属容易失去外层电子，对矿石的磁场有激发作用，很大程度上加强了矿石粉电离空气产生负离子的能力以及辐射远红外线的能力，使本发明作为新型的环保有益材料，扩大了功能材料的应用范围。

本发明电气石购买自新疆阿勒泰地区北屯广老矿产品有限公司、内蒙古物华天宝矿物资源有限公司、天津市鸿雁矿产品有限公司、石家庄市东平矿业建材厂、河北省灵寿县川石矿产加工厂、无锡曼灵保健用品有限公司。

北投石购买自灵寿县李京矿产品加工厂。

麦饭石购买自灵寿县拓琳矿产品加工厂。

本发明所采用的氧化镧粉、氧化铈粉、氧化钕粉、氧化钇粉、氧化镨粉、镝钕合金粉购买于子美国际贸易(上海)有限公司，纯度≥99％。

本发明所采用的金属镝粉、金属镨粉、金属钕粉、氧化钇粉、金属钐粉、镝钕合金粉购买于长沙天久金属材料有限公司，纯度≥99％。

本发明所采用的氢氧化铈粉购买于南京试剂公司，纯度≥99％。

本发明中所采用的硝酸镧粉、硝酸铈粉、硝酸铈铵粉、硝酸钇粉、氯化镨粉、硝酸钕粉、氯化铈粉购买于梁山畅茂新材料有限公司，纯度≥99％。

下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

1.改性硅胶

硅胶的牌号为ZY-820食品级硅胶原材料。

(1)活化硅胶

称取100g食品硅胶，先用1:1.2硝酸水溶液，在95℃条件下处理2h，冷却后用蒸馏水洗至中性，再用1:1.2盐酸浸泡5h，然后用蒸馏水多次洗涤至无氯离子，最后置于马弗炉中在150℃下干燥5h，冷却备用。

(2)SiO₂-NH₂的合成

将活化后的硅胶置于四颈圆底烧瓶中，分别加入80ml硅烷化试剂γ-氨丙基三甲氧基硅烷(APTS)和400ml的重蒸甲苯，75℃下搅拌回流8.5h，过滤出固体，依次用甲苯抽提5h、乙醇抽提5h，干燥得产品SiO₂-NH₂。

(3)SiO₂-NH₂与四亚基五胺的反应

在四颈圆底烧瓶中加入步骤(2)中的SiO₂-NH₂、100ml重蒸丙烯酸甲酯和100ml甲醇，用N₂保护，30℃下反应5d，过滤出固体，依次用甲醇抽提12h、四氢呋喃抽提8h，干燥。取50g干燥后的固体，加入400ml甲醇及100ml的四亚基五胺于圆底烧瓶中，用N₂保护，50℃下反应5d，过滤出固体，依次用甲醇抽提12h，四氢呋喃抽提8h，干燥改性硅胶前驱体。

(4)改性硅胶与稀土金属螯合

在圆底烧瓶中加入改性硅胶前驱体与蒸馏水，油浴加热至50℃左右，磁力搅拌条件下，将100g硝酸铈溶解在水中，将其缓慢加入到圆底烧瓶中，用6mol·L^-1的NaOH溶液调节反应液的pH值到7，将温度升至70℃，保温反应1小时，待反应完毕，生成少许白色沉淀，加入有机溶剂无水乙醇将鳌合物沉淀出来，进行离心分离、干燥，即得稀土改性的食品硅胶。

2.负离子远红外纳米功能材料的制备

(1)原矿石的预处理

原矿石购买自新疆阿勒泰地区北屯广老矿产品有限公司的电气石，原矿含量99％，40g，经磷酸盐缓冲溶液对矿石原体进行洗涤，反复三次，50℃条件下干燥。

(2)矿石粉与稀土粉共混粉体的制备

首先用淘洗分选法将粉体样品中密度较小的粘土类矿物、云母以及灰尘等杂质去除，经电热恒温鼓风干燥机在90℃下进行干燥；然后用WCF－2多用磁性分析仪进行分选，去除样品中的部分磁铁矿、石英、长石等杂质以及破碎过程中引入的铁质污染，即得较纯的电气石粉体样品。将洗涤过的矿石首先用SP－100×100鄂式破碎机对电气石晶体颗粒进行第一次破碎；再经过XPS－

辊式破碎机第二次破碎，得到粒径为1～5mm的样品；用振动磨样机进行第三次破碎，经筛分，得到粒径约200目的粉体，得到的粉体经气流磨粉碎至1μm左右，使用湿法研磨进行粉碎，把1μm左右电气石粉体以去离子水为液相介质，以1:1固液比均匀混合为浆体，加入68g氧化铈粉(购买自子美国际贸易上海有限公司，纯度≥99％)，以及步骤1中的稀土元素改性的食品硅胶，均匀分散后，用粒径为3mm氧化锆球400ml作为研磨介质，研磨5.5h。研磨过程中，经冷却水制冷，进料温度在15℃，出料温度在35℃左右；砂磨机的搅拌轴转速保持在每分钟3200r/min。

(3)干燥

采用乙醇对样品粉末进行多次洗涤，然后90℃条件下干燥处理即得负离子远红外纳米红能材料。

实施例2

1.改性硅胶

硅胶的牌号为ZY-820食品级硅胶原材料。

(1)活化硅胶

称取160g食品硅胶，先用1:1.5硝酸水溶液，在95℃条件下处理2h，冷却后用蒸馏水洗至中性，再用1:1.5盐酸浸泡5h，然后用蒸馏水多次洗涤至无氯离子，最后置于马弗炉中在120℃下干燥5h，冷却备用。

(2)SiO₂-NH₂的合成

将活化后的硅胶置于的四颈圆底烧瓶中，分别加入100ml硅烷化试剂γ-氨丙基三甲氧基硅烷(APTS)和420ml的重蒸甲苯，72℃下搅拌回流8.5h，过滤出固体，依次用甲苯抽提5h、乙醇抽提5h，干燥得产品SiO₂-NH₂。

(3)SiO₂-NH₂与四亚基五胺的反应

在1000ml的四颈圆底烧瓶中加入步骤(2)中的SiO₂-NH₂、100ml重蒸丙烯酸甲酯和100ml甲醇，用N₂保护，30℃下反应5d，过滤出固体，依次用甲醇抽提12h、四氢呋喃抽提8h，干燥。取50g干燥后的固体，加入500ml甲醇及1120ml的四亚基五胺于2000ml圆底烧瓶中，用N₂保护，50℃下反应5d，过滤出固体，依次用甲醇抽提12h，四氢呋喃抽提8h，干燥改性硅胶前驱体。

(4)改性硅胶与稀土金属螯合

在圆底烧瓶中加入改性硅胶前驱体与蒸馏水，油浴加热至50℃左右，磁力搅拌条件下，将40g硝酸镧溶解在水中，将其缓慢加入到圆底烧瓶中，用6mol·L^-1的NaOH溶液调节反应液的pH值到7，将温度升至70℃，保温反应1小时，待反应完毕，生成少许白色沉淀，加入有机溶剂无水乙醇将鳌合物沉淀出来，进行离心分离、干燥，即得稀土金属改性的食品硅胶。

2.负离子远红外纳米功能材料的制备

(1)原矿石的预处理

原矿石购买自内蒙古物华天宝矿物资源有限公司的电气石，原矿含量99％，86g，经磷酸盐缓冲溶液对矿石原体进行洗涤，反复三次，50℃条件下干燥。

(2)矿石粉与稀土粉共混粉体的制备

辊式破碎机第二次破碎，得到粒径为5mm的样品；用振动磨样机进行第三次破碎，经筛分，得到粒径约200目的粉体，得到的粉体经气流磨粉碎至1μm左右，使用湿法研磨进行粉碎，把1μm左右电气石粉体以去离子水为液相介质，以1:2固液比均匀混合为浆体，加入115g硝酸铈粉(购买自子美国际贸易上海有限公司，纯度≥99％)，以及步骤1中稀土金属改性后的硅胶，均匀分散后，用粒径为3mm氧化锆球400ml作为研磨介质，研磨4h。研磨过程中，经冷却水制冷，进料温度在15℃，出料温度在35℃左右；砂磨机的搅拌轴转速保持在每分钟3200r/min。

(3)干燥

采用乙醇对样品粉末进行多次洗涤，然后90℃条件下干燥处理即得负离子远红外纳米功能材料。

实施例3

1.改性硅胶

硅胶的牌号为ZY-820食品级硅胶原材料。

(1)活化硅胶

称取100g食品硅胶，先用1:1.5硝酸水溶液，在95℃条件下处理2h，冷却后用蒸馏水洗至中性，再用1:1.5盐酸浸泡5h，然后用蒸馏水多次洗涤至无氯离子，最后置于马弗炉中在120℃下干燥5h，冷却备用。

(2)SiO₂-NH₂的合成

将活化后的硅胶置于的四颈圆底烧瓶中，分别加入110ml硅烷化试剂γ-氨丙基三甲氧基硅烷(APTS)和410ml的重蒸甲苯，72℃下搅拌回流8.5h，过滤出固体，依次用甲苯抽提5h、乙醇抽提5h，干燥得产品SiO₂-NH₂。

(3)SiO₂-NH₂与四亚基五胺的反应

在四颈圆底烧瓶中加入步骤(2)中的SiO₂-NH₂、90ml重蒸丙烯酸甲酯和100ml甲醇，用N₂保护，30℃下反应5d，过滤出固体，依次用甲醇抽提12h、四氢呋喃抽提8h，干燥。取50g干燥后的固体，加入400ml甲醇及1000ml的四亚基五胺于2000ml圆底烧瓶中，用N₂保护，50℃下反应5d，过滤出固体，依次用甲醇抽提12h，四氢呋喃抽提8h，干燥改性硅胶前驱体。

(4)改性硅胶与稀土金属螯合

在圆底烧瓶中加入改性硅胶前驱体与蒸馏水，油浴加热至50℃左右，磁力搅拌条件下，将50g硝酸钇溶解在水中，将其缓慢加入到圆底烧瓶中，用6mol·L^-1的NaOH溶液调节反应液的pH值到7，将温度升至70℃，保温反应1小时，待反应完毕，生成少许白色沉淀，加入有机溶剂无水乙醇将鳌合物沉淀出来，进行离心分离、干燥，即得稀土金属改性的食品硅胶。

2.负离子远红外纳米功能材料的制备

(1)原矿石的预处理

原矿石购买自灵寿县李京矿产品加工厂的北投石，原矿含量99％，30g，经磷酸盐缓冲溶液对矿石原体进行洗涤，反复三次，50℃条件下干燥。

(2)矿石粉与稀土粉共混粉体的制备

辊式破碎机第二次破碎，得到粒径为5mm的样品；用振动磨样机进行第三次破碎，经筛分，得到粒径约200目的粉体，得到的粉体经气流磨粉碎至1μm左右，使用湿法研磨进行粉碎，把1μm左右电气石粉体以去离子水为液相介质，以1:2固液比均匀混合为浆体，加入90g磷酸铈粉(购买自子美国际贸易上海有限公司，纯度≥99％)，以及稀土金属盐改性硅胶，均匀分散后，用粒径为3mm氧化锆球400ml作为研磨介质，研磨4h。研磨过程中，经冷却水制冷，进料温度在15℃，出料温度在35℃左右；砂磨机的搅拌轴转速保持在每分钟3200r/min。

(3)干燥

采用乙醇对样品粉末进行多次洗涤，然后90℃条件下干燥处理，即得。

实施例4

1.改性硅胶

硅胶的牌号为ZY-820食品级硅胶原材料。

(1)活化硅胶

(2)SiO₂-NH₂的合成

将活化后的硅胶置于四颈圆底烧瓶中，分别加入110ml硅烷化试剂γ-氨丙基三甲氧基硅烷(APTS)和410ml的重蒸甲苯，72℃下搅拌回流8.5h，过滤出固体，依次用甲苯抽提5h、乙醇抽提5h，干燥得产品SiO₂-NH₂。

(3)SiO₂-NH₂与四亚基五胺的反应

(4)改性硅胶与稀土金属螯合

在圆底烧瓶中加入改性硅胶前驱体与蒸馏水，油浴加热至50℃左右，磁力搅拌条件下，将35g氯化镨溶解在水中，将其缓慢加入到圆底烧瓶中，用6mol·L^-1的NaOH溶液调节反应液的pH值到7，将温度升至70℃，保温反应1小时，待反应完毕，生成少许白色沉淀，加入有机溶剂无水乙醇将鳌合物沉淀出来，进行离心分离、干燥，即得稀土金属改性的食品硅胶。

2.负离子远红外纳米功能材料的制备

(1)原矿石的预处理

原矿石购买自灵寿县拓琳矿产品加工厂的麦饭石，原矿含量99％，50g，经磷酸盐缓冲溶液对矿石原体进行洗涤，反复三次，50℃条件下干燥。

(2)矿石粉与稀土粉共混粉体的制备

首先用淘洗分选法将粉体样品中密度较小的粘土类矿物、云母以及灰尘等杂质去除，经电热恒温鼓风干燥机在90℃下进行干燥；然后用WCF－2多用磁性分析仪进行分选，去除样品中的部分磁铁矿、石英、长石等杂质以及破碎过程中引入的铁质污染，即得较纯的电气石粉体样品。将洗涤过的矿石首先用SP－100×100鄂式破碎机对电气石晶体颗粒进行第一次破碎，得到粒径为0～15mm的样品；再经过XPS－

辊式破碎机第二次破碎，得到粒径为1～5mm的样品；用振动磨样机进行第三次破碎，经筛分，得到粒径约200目左右的粉体，得到的粉体经气流磨粉碎至1μm左右，使用湿法研磨进行粉碎，把1μm左右电气石粉体以去离子水为液相介质，以1:2固液比均匀混合为浆体，加入100g金属镝粉(购买自子美国际贸易上海有限公司，纯度≥99％)，以及步骤(1)中的稀土金属改性后的硅胶，均匀分散后，用粒径为1～3mm氧化锆球400ml作为研磨介质，研磨4h。研磨过程中，经冷却水制冷，进料温度在15℃，出料温度在35℃左右；砂磨机的搅拌轴转速保持在每分钟3200r/min。

(3)干燥

实施例5

1.改性硅胶

硅胶的牌号为ZY-820食品级硅胶原材料。

(1)活化硅胶

称取1kg食品硅胶，先用1:1.5硝酸水溶液，在95℃条件下处理2h，冷却后用蒸馏水洗至中性，再用1:1.5盐酸浸泡5h，然后用蒸馏水多次洗涤至无氯离子，最后置于马弗炉中在120℃下干燥5h，冷却备用。

(2)SiO₂-NH₂的合成

将活化后的硅胶置于四颈圆底烧瓶中，分别加入1100ml硅烷化试剂γ-氨丙基三甲氧基硅烷(APTS)和4000ml的重蒸甲苯，72℃下搅拌回流8.5h，过滤出固体，依次用甲苯抽提5h、乙醇抽提5h，干燥得产品SiO₂-NH₂。

(3)SiO₂-NH₂与四亚基五胺的反应

在四颈圆底烧瓶中加入步骤(2)中的SiO₂-NH₂、900ml重蒸丙烯酸甲酯和1000ml甲醇，用N₂保护，30℃下反应5d，过滤出固体，依次用甲醇抽提12h、四氢呋喃抽提8h，干燥。取干燥后的固体，加入3500ml甲醇及1000ml的四亚基五胺于圆底烧瓶中，用N₂保护，50℃下反应5d，过滤出固体，依次用甲醇抽提12h，四氢呋喃抽提8h，干燥改性硅胶前驱体。

(4)改性硅胶与稀土金属螯合

在圆底烧瓶中加入改性硅胶前驱体与蒸馏水，油浴加热至50℃左右，磁力搅拌条件下，将300g硝酸钕溶解在水中，将其缓慢加入到圆底烧瓶中，用6mol·L^-1的NaOH溶液调节反应液的pH值到7，将温度升至70℃，保温反应1小时，待反应完毕，生成少许白色沉淀，加入有机溶剂无水乙醇将鳌合物沉淀出来，进行离心分离、干燥，即得稀土金属改性的食品硅胶。

2.负离子远红外纳米功能材料的制备

(1)原矿石的预处理

原矿石购买自灵寿县李京矿产品加工厂的北投石，原矿含量99％，1kg，经磷酸盐缓冲溶液对矿石原体进行洗涤，反复三次，50℃条件下干燥。磷酸盐缓冲溶液的制备。

(2)矿石粉与稀土粉共混粉体的制备

辊式破碎机第二次破碎，得到粒径为5mm的样品；用振动磨样机进行第三次破碎，经筛分，得到粒径约200目的粉体，得到的粉体经气流磨粉碎至1μm左右，使用湿法研磨进行粉碎，把1μm左右电气石粉体以去离子水为液相介质，以1:2固液比均匀混合为浆体，加入1kg硝酸镧粉(购买自子美国际贸易上海有限公司，纯度≥99％)，以及步骤1中制备得到的稀土金属改性的食品硅胶，均匀分散后，用粒径为1mm氧化锆球400ml作为研磨介质，研磨4h。研磨过程中，经冷却水制冷，进料温度在15℃，出料温度在35℃左右；砂磨机的搅拌轴转速保持在每分钟3200r/min。

(3)干燥

实施例6

1.改性硅胶

硅胶的牌号为ZY-820食品级硅胶原材料。

(1)活化硅胶

称取80g食品硅胶，先用1:1.5硝酸水溶液，在95℃条件下处理2h，冷却后用蒸馏水洗至中性，再用1:1.5盐酸浸泡5h，然后用蒸馏水多次洗涤至无氯离子，最后置于马弗炉中在120℃下干燥5h，冷却备用。

(2)SiO₂-NH₂的合成

将活化后的硅胶置于的四颈圆底烧瓶中，分别加入100ml硅烷化试剂γ-氨丙基三甲氧基硅烷(APTS)和400ml的重蒸甲苯，72℃下搅拌回流8.5h，过滤出固体，依次用甲苯抽提5h、乙醇抽提5h，干燥得产品SiO₂-NH₂。

(3)SiO₂-NH₂与四亚基五胺的反应

在四颈圆底烧瓶中加入步骤(2)中的SiO₂-NH₂、100ml重蒸丙烯酸甲酯和100ml甲醇，用N₂保护，30℃下反应5d，过滤出固体，依次用甲醇抽提12h、四氢呋喃抽提8h，干燥。取干燥后的固体，加入400ml甲醇及100ml的四亚基五胺于圆底烧瓶中，用N₂保护，50℃下反应5d，过滤出固体，依次用甲醇抽提12h，四氢呋喃抽提8h，干燥改性硅胶前驱体。

(4)改性硅胶与稀土金属螯合

在圆底烧瓶中加入改性硅胶前驱体与蒸馏水，油浴加热至50℃左右，磁力搅拌条件下，将50g氯化铈溶解在水中，将其缓慢加入到圆底烧瓶中，用6mol·L^-1的NaOH溶液调节反应液的pH值到7，将温度升至70℃，保温反应1小时，待反应完毕，生成少许白色沉淀，加入有机溶剂无水乙醇将鳌合物沉淀出来，进行离心分离、干燥，即得稀土金属改性的食品硅胶。

2.负离子远红外纳米功能材料的制备

(1)原矿石的预处理

原矿石购买自灵寿县拓琳矿产品加工厂的麦饭石，原矿含量99％，190g，经磷酸盐缓冲溶液对矿石原体进行洗涤，反复三次，50℃条件下干燥。

(2)矿石粉与稀土粉共混粉体的制备

辊式破碎机第二次破碎，得到粒径为5mm的样品；用振动磨样机进行第三次破碎，经筛分，得到粒径约200目左右的粉体，得到的粉体经气流磨粉碎至1μm左右，使用湿法研磨进行粉碎，把1μm左右电气石粉体以去离子水为液相介质，以1:2固液比均匀混合为浆体，加入100g金属镨粉(购买自子美国际贸易上海有限公司，纯度≥99％)，以及步骤1中的稀土金属改性的食品硅胶，均匀分散后，用粒径为3mm氧化锆球400ml作为研磨介质，研磨4h。研磨过程中，经冷却水制冷，进料温度在15℃，出料温度在35℃左右；砂磨机的搅拌轴转速保持在每分钟3200r/min。

(3)干燥

采用乙醇对样品粉末进行多次洗涤，然后90℃条件下干燥处理，即得负离子远红外纳米功能材料。

实施例7

1.改性硅胶

硅胶的牌号为ZY-820食品级硅胶原材料。

(1)活化硅胶

(2)SiO₂-NH₂的合成

将活化后的硅胶置于四颈圆底烧瓶中，分别加入100ml硅烷化试剂γ-氨丙基三甲氧基硅烷(APTS)和400ml的重蒸甲苯，72℃下搅拌回流8.5h，过滤出固体，依次用甲苯抽提5h、乙醇抽提5h，干燥得产品SiO₂-NH₂。

(3)SiO₂-NH₂与四亚基五胺的反应

(4)改性硅胶与稀土金属螯合

在圆底烧瓶中加入改性硅胶前驱体与蒸馏水，油浴加热至50℃左右，磁力搅拌条件下，将85g硝酸钕溶解在水中，将其缓慢加入到圆底烧瓶中，用6mol·L^-1的NaOH溶液调节反应液的pH值到7，将温度升至70℃，保温反应1小时，待反应完毕，生成少许白色沉淀，加入有机溶剂无水乙醇将鳌合物沉淀出来，进行离心分离、干燥，即得稀土金属改性的食品硅胶。

2.负离子远红外纳米功能材料的制备

(1)原矿石的预处理

原矿石购买自内蒙古物华天宝矿物资源有限公司的电气石，原矿含量99％，66g，经磷酸盐缓冲溶液对矿石原体进行洗涤，反复三次，50℃条件下干燥。

(2)矿石粉与稀土粉共混粉体的制备

首先用淘洗分选法将粉体样品中密度较小的粘土类矿物、云母以及灰尘等杂质去除，经电热恒温鼓风干燥机在90℃下进行干燥；然后用WCF－2多用磁性分析仪进行分选，去除样品中的部分磁铁矿、石英、长石等杂质以及破碎过程中引入的铁质污染，即得较纯的电气石粉体样品。将洗涤过的矿石首先用SP－100×100鄂式破碎机对电气石晶体颗粒进行第一次破碎；再经过XPS－辊式破碎机第二次破碎，得到粒径为5mm的样品；用振动磨样机进行第三次破碎，经筛分，得到粒径约200目的粉体，得到的粉体经气流磨粉碎至1μm左右，使用湿法研磨进行粉碎，把1μm左右电气石粉体以去离子水为液相介质，以1:2固液比均匀混合为浆体，加入93g氯化镨粉(购买自子美国际贸易上海有限公司，纯度≥99％)，以及步骤1中的稀土金属改性的食品硅胶，均匀分散后，用粒径为3mm氧化锆球400ml作为研磨介质，研磨2.5h。研磨过程中，经冷却水制冷，进料温度在15℃，出料温度在35℃左右；砂磨机的搅拌轴转速保持在每分钟3200r/min。

(3)干燥

对比例1

(1)原矿石的预处理

(2)矿石粉与稀土粉共混粉体的制备

辊式破碎机第二次破碎，得到粒径为5mm的样品；用振动磨样机进行第三次破碎，经筛分，得到粒径约200目的粉体，得到的粉体经气流磨粉碎至1μm左右，使用湿法研磨进行粉碎，把1μm左右电气石粉体以去离子水为液相介质，以1:1固液比均匀混合为浆体，加入68g氧化铈粉(购买自子美国际贸易上海有限公司，纯度≥99％)，用粒径为3mm氧化锆球400ml作为研磨介质，研磨4h。研磨过程中，经冷却水制冷，进料温度在15℃，出料温度在35℃左右；砂磨机的搅拌轴转速保持在每分钟3200r/min。

(3)干燥

采用乙醇对样品粉末进行多次洗涤，然后90℃条件下干燥处理。制备得到混合均匀矿石粉与稀土粉。

对比例2

(1)原矿石的预处理

(2)矿石粉与稀土粉共混粉体的制备

辊式破碎机第二次破碎，得到粒径为5mm的样品；用振动磨样机进行第三次破碎，经筛分，得到粒径约200目的粉体，得到的粉体经气流磨粉碎至1μm左右，使用湿法研磨进行粉碎，把1μm左右电气石粉体以去离子水为液相介质，以1:1固液比均匀混合为浆体，加入68g氧化铈粉(购买自子美国际贸易上海有限公司，纯度≥99％)，以及150g硝酸铈粉，三者均匀分散后，以400ml氧化锆作为研磨介质，研磨4h。研磨过程中，经冷却水制冷，进料温度在15℃，出料温度在35℃左右；砂磨机的搅拌轴转速保持在每分钟3200r/min。

(3)干燥

采用乙醇对样品粉末进行多次洗涤，然后90℃条件下干燥处理。制备得到混合均匀的纳米级别的矿石粉与稀土粉。

2.矿石粉、稀土粉、食品硅胶共混

将混合均与的矿石粉与稀土粉均匀分散到ZY-820食品级硅胶原材料中，加入1.5％固化剂，固化1.5h。

对比例3

(1)原矿石的预处理

原矿石购买自新疆阿勒泰地区北屯广老矿产品有限公司的电气石，原矿含量99％，40g。

(2)矿石粉与稀土粉共混粉体的制备

辊式破碎机第二次破碎，得到粒径为5mm的样品；用振动磨样机进行第三次破碎，经筛分，得到粒径约200目的粉体，得到的粉体经气流磨粉碎至1μm左右，使用湿法研磨进行粉碎，把1μm左右电气石粉体以去离子水为液相介质，以1:1固液比均匀混合为浆体，加入68g氧化铈粉(购买自子美国际贸易上海有限公司，纯度≥99％)，以及150g硝酸镧粉，三者均匀分散后，以400ml氧化锆作为研磨介质，研磨4h。研磨过程中，经冷却水制冷，进料温度在15℃，出料温度在35℃左右；砂磨机的搅拌轴转速保持在每分钟3200r/min。

(3)干燥

2.矿石粉、稀土粉、食品硅胶共混

对比例4

矿石粉购买自新疆阿勒泰地区北屯广老矿产品有限公司的电气石，纯度≥99％，40g，2000目。

稀土粉为氧化铈粉，购买自子美国际贸易上海有限公司，纯度≥99％，68g，3000目。

矿石粉、稀土粉采用机械共混的形式混合均匀。

对比例5

矿石粉、稀土粉与食品级硅胶粉采用机械共混的形式混合均匀。

实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5、实施例6、实施例7通过采用丹东百特仪器有限公司的BT-9300S型激光粒度分析仪对电气石粉进行粒度分布测试。

表1粒度范围测试结果

实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5、实施例6、实施例7的负离子远红外功能材料的粒度范围值在25～100nm之间，均表现出较强的负离子释放能量。

性能测试

负离子含量:执行SN/T 2558.2-2011《进出口功能性纺织品检验方法》第2部分：负离子含量标准测量。

法相发射率:执行CAS115-2005《保健功能纺织品》测量标准，标准要求大于等于0.8为合格，小于0.8为不合格。

远红外线波长范围:执行CAS115-2005《保健功能纺织品》测量标准，标准要求4～16μm为合格。

表2性能测试结果

通过实施例与对比例之间的对比得到如下结论：

1.稀土金属螯合改性的食品硅胶与稀土粉、矿石粉协同作用，大大增强了矿石粉电离空气产生负离子的能力，克服了现有技术中传统稀土粉、矿石粉复合产生负离子不符合国家标准的阻力。

2.将稀土金属螯合改性的食品硅胶与稀土粉、矿石粉三者置于研磨机中研磨，制备得到的负离子粉的粒径均一，既没有破环三者的内部结构，又制备得到具有纳米性质的功能材料。

3.制备得到的负离子远红外纳米功能材料兼具电离空气产生负离子的能力，与符合国家标准的可以产生与人体产生的远红外线共振的远红外线，是多功能材料。

4.本发明提供的负离子远红外纳米多功能材料可以反复多次使用，适于大批量工业生产，节约生产成本。

前述的实施例仅是说明性的，用于解释本发明所述方法的一些特征。所附的权利要求旨在要求可以设想的尽可例的组合的选择的实施方式的说明。因此，申请人的用意是所附的权利要求不被说明本发明的特征的示例的选择限制。在权利要求中所用的一些数值范围也包括了在其之内的子范围，这些范围中的变化也应在可能的情况下解释为被所附的权利要求覆盖。能广的范围，且本文所呈现的实施例仅是根据所有可能的实施方式。

Claims

1.一种负离子远红外纳米多功能材料，其特征在于，按重量份计，包括：

矿石粉 19～66份；

稀土粉 10～93份；

硅胶 10～180份。

所述的矿石粉选自电气石、麦饭石、蛋白石、北投石中的一种或几种；

所述的稀土粉选自氧化铈粉、磷酸铈粉、金属镝粉、金属镨粉、硝酸镧粉、硝酸铈粉、氯化镨粉中的一种或几种；

所述硅胶为改性硅胶；

所述改性硅胶的制备方法，包括以下步骤：

1)活化硅胶：称取100g食品硅胶，先用1:1.5硝酸水溶液，在95℃条件下处理2h，冷却后用蒸馏水洗至中性，再用1:1.5盐酸浸泡5h，然后用蒸馏水多次洗涤至无氯离子，最后置于马弗炉中在120℃下干燥5h，冷却备用；

2)SiO₂-NH₂的合成：将活化后的硅胶置于四颈圆底烧瓶中，分别加入100ml硅烷化试剂γ-氨丙基三甲氧基硅烷(APTS)和400ml的重蒸甲苯，72℃下搅拌回流8.5h，过滤出固体，依次用甲苯抽提5h、乙醇抽提5h，干燥得产品SiO₂-NH₂；

3)SiO₂-NH₂与四亚基五胺的反应：在四颈圆底烧瓶中加入步骤2)中的SiO₂-NH₂、100ml重蒸丙烯酸甲酯和100ml甲醇，用N₂保护，30℃下反应5d，过滤出固体，依次用甲醇抽提12h、四氢呋喃抽提8h，干燥，取干燥后的固体，加入400ml甲醇及100ml的四亚基五胺于圆底烧瓶中，用N₂保护，50℃下反应5d，过滤出固体，依次用甲醇抽提12h，四氢呋喃抽提8h，干燥改性硅胶前驱体；

4)改性硅胶与稀土金属螯合：在圆底烧瓶中加入改性硅胶前驱体与蒸馏水，油浴加热至50℃左右，磁力搅拌条件下，将85g硝酸钕溶解在水中，将其缓慢加入到圆底烧瓶中，用6mol·L^-1的NaOH溶液调节反应液的pH值到7，将温度升至70℃，保温反应1小时，待反应完毕，生成少许白色沉淀，加入有机溶剂无水乙醇将鳌合物沉淀出来，进行离心分离、干燥，即得改性硅胶。

2.如权利要求1所述的负离子远红外纳米多功能材料，其特征在于，所述稀土金属盐改性的硅胶中稀土金属盐与硅胶的质量比为1：(1～4)。

3.如权利要求1所述的负离子远红外纳米多功能材料，其特征在于，所述负离子远红外纳米多功能材料的粒径为25～100nm。