CN109207124B - 一种c3n4激发天然矿石负离子发射纳米复合材料制备方法及其产品 - Google Patents

一种c3n4激发天然矿石负离子发射纳米复合材料制备方法及其产品 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种C3N4激发天然矿石负离子发射纳米复合材料制备方法及其产品，包括，制备类石墨烯C3N4激发剂：将氧化类石墨烯C3N4与多羟基或多氨基化合物进行反应，得到氧化类石墨烯C3N4激发剂；制备非电气石粉体：粉碎非电气石，控制非电气石粉体的平均粒径小于200nm；以及，制备纳米复合材料：将类石墨烯C3N4激发剂与所述非电气石粉体按类石墨烯C3N4激发剂：非电气石粉体的质量比为1：10～1000的比例混合，加入溶剂，加热进行反应。本发明解决了现有技术负离子发射材料发射率低和有害辐射的问题，与传统的制备方法相比，成本降低，操作方便，纳米粉体的粒度可控，生产效率高。

Description

一种C3N4激发天然矿石负离子发射纳米复合材料制备方法及 其产品
技术领域
本发明属于负离子发射纳米材料技术领域，具体涉及一种C3N4激发天然矿石负离子发射纳米复合材料制备方法及其产品。
背景技术
负离子：简单的说是指带负电荷的氧离子，无色无味。空气负离子的分子式是O2-(H2O)n，或OH-(H2O)n,或CO4-(H2O)n。
负离子不仅能促成人体合成和储存维生素，强化和激活人体的生理活动，因此它又被称为"空气维生素",认为它像食物的维生素一样，对人体及其他生物的生命活动有着十分重要的影响，如雷雨过后，空气的负离子增多，人们感到心情舒畅。而在空调房间，因空气中负离子经过一系列空调净化处理和漫长通风管道后几乎全部消失，人们在其中长期停留会感到胸闷、头晕、乏力、工作效率和健康状况下降，被称之为“空调综合症”。在医学界，负离子被确认是具有杀灭病菌及净化空气的有效手段。其机理主要在于负离子与细菌结合后，使细菌产生结构的改变或能量的转移，导致细菌死亡，最终降沉于地面。医学研究表明，空气中带负电的微粒使血中含氧量增加，有利于血氧输送、吸收和利用，具有促进人体新陈代谢，提高人体免疫能力，增强人体肌能，调节肌体功能平衡的作用。据考证，负离子对人体7个系统，近30多种疾病具有抑制、缓解和辅助治疗作用，尤其对人体的保健作用更为明显。
现有技术的负离子功能产品应用在纺织工业、塑料产品、纸制品等，这些产品负离子释放数量每立方厘米约1200～5000个。
然而，目前对于纳米复合材料的制备技术，存在操作复杂，过程不可控，使用有害金属等缺点，不利于工业化应用且负离子释放量仍然不足。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述的技术缺陷，提出了本发明。
因此，本发明其中的克服现有技术中存在的不足，提供一种C3N4激发天然矿石负离子发射纳米复合材料制备方法及其产品。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：
本发明的有益效果：本发明所提供的无辐射高发射量负离子纳米复合材料制备方法，采用C3N4激发剂和纳米化天然矿石负离子发生材料进行进一步复合，显著提高复合体系的激发效率，增加复合体系的稳定性和安全性，从而进一步为工业化制备高效率负离子发生材料提供了有力的支撑。
本发明所提供的负离子发射功能纳米复合材料制备技术，解决了现有技术负离子发射材料发射率低和有害辐射的问题，与传统的制备方法相比，成本降低，操作方便，纳米粉体的粒度可控，生产效率高，可大规模应用于工业化生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为类石墨烯C3N4激发天然矿石负离子发射纳米复合材料电镜图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
实施例1：
自下而上法纳米类石墨烯C3N4制备，用三聚氰胺和尿素等材料进行聚合和碳化制备，起反应过程分为两步法，第一部分为聚合部分，此时三聚氰胺和尿素1:1配成一定浓度的溶液(溶剂为乙醇，浓度为10％)，在反应釜中进行，反应温度160℃，反应时间为7h，所得产物经过蒸发后为粉末状，继续洗涤数次后烘干；第二步为碳化反应，粉末继续在马弗炉中高温反应，反应温度为600℃，无氧条件，反应时间为5h，类石墨烯C3N4粒径为10nm，且尺寸可控。采用浓硫酸对类石墨烯C3N4进行氧化，将1克类石墨烯C3N4，10ml发烟硫酸，硝酸钠0.6克，25℃搅拌下反应60min，加入8克高锰酸钾，在50℃反应30min，在60℃下干燥12h，得到氧化类石墨烯C3N4。使得表面具备反应活性的羧基，再用乙二胺进行表面氨基化处理，氧化类石墨烯C3N4与乙二胺的质量比为1：1，反应温度150℃，水合釜中反应，压力为5个大气压，反应时间为6h，使得类石墨烯C3N4具有很好的金属络合能力；通过气流粉碎法粉粹1次制备纳米级负离子发射矿物粉体，控制粉体平均粒径小于200nm；将制备好的类石墨烯C3N4激发剂与六环石粉体按照质量比为1：1000混合，溶剂为水或者乙醇，超声分散30min，在140℃下水合釜中反应6h(氮气保护)，所得物质经反复离心、水和乙醇洗涤，在70℃下干燥24h，得到产物，测得负离子发射量为4700个/立方厘米。
实施例2：
自下而上法纳米类石墨烯C3N4制备，用三聚氰胺和尿素等材料进行聚合和碳化制备，起反应过程分为两步法，第一部分为聚合部分，此时三聚氰胺和尿素1:1配成一定浓度的溶液(溶剂为乙醇，浓度为10％)，在反应釜中进行，反应温度160℃，反应时间为7h，所得产物经过蒸发后为粉末状，继续洗涤数次后烘干；第二步为碳化反应，粉末继续在马弗炉中高温反应，反应温度为600℃，无氧条件，反应时间为5h，类石墨烯C3N4粒径为10nm，且尺寸可控。采用浓硫酸对类石墨烯C3N4进行氧化，将1克类石墨烯C3N4，10ml发烟硫酸，硝酸钠0.6克，25℃搅拌下反应60min，加入8克高锰酸钾，在50℃反应30min，在60℃下干燥12h，得到氧化类石墨烯C3N4，使得表面具备反应活性的羧基，再用3(2-氨基乙基)胺进行表面氨基化处理，氧化类石墨烯C3N4与3(2-氨基乙基)胺的比例为10：1，反应温度120℃，水合釜中反应，压力为5个大气压，反应时间为8h，使得类石墨烯C3N4具有很好的金属络合能力；通过气流粉碎法粉粹1次制备纳米级负离子海鸥石粉体，控制粉体平均粒径小于200nm；将制备好的类石墨烯C3N4激发剂与海鸥石按照质量比为1：200混合，溶剂为水或者乙醇，超声分散30min，在140℃下水合釜中反应6h(氮气保护)，所得物质经反复离心、水和乙醇洗涤，在70℃下干燥24h，得到产物，负离子发射量按照不同添加量浓度为9800个/立方厘米。
实施例3：
自下而上法纳米类石墨烯C3N4制备，用三聚氰胺和尿素等材料进行聚合和碳化制备，起反应过程分为两步法，第一部分为聚合部分，此时三聚氰胺和尿素1:1配成一定浓度的溶液(溶剂为乙醇，浓度为10％)，在反应釜中进行，反应温度160℃，反应时间为7h，所得产物经过蒸发后为粉末状，继续洗涤数次后烘干；第二步为碳化反应，粉末继续在马弗炉中高温反应，反应温度为600℃，无氧条件，反应时间为5h，类石墨烯C3N4粒径为10nm，且尺寸可控。采用浓硫酸对类石墨烯C3N4进行氧化，将1克类石墨烯C3N4，6ml发烟硫酸，硝酸钠0.4克，20℃搅拌下反应40min，分8次加入4克高锰酸钾，在35℃反应30min,在60℃下干燥10h，得到氧化类石墨烯C3N4使得表面具备反应活性的羧基，再用二乙烯三胺进行表面氨基化处理，氧化类石墨烯C3N4与二乙烯三胺的比例为5：1，反应温度150℃，水合釜中反应，压力为5个大气压，反应时间为6h，使得类石墨烯C3N4具有很好的金属络合能力；通过气流粉碎法粉粹1次制备纳米级古海岩粉体，控制粉体平均粒径小于200nm；将制备好的氧化类石墨烯C3N4激发剂与古海岩粉体按照质量比为1:100混合，溶剂为水或者乙醇，超声分散30min，在140℃下水合釜中反应6h(氮气保护)，所得物质经反复离心、水和乙醇洗涤，在70℃下干燥24h，得到产物，负离子发射量按照不同添加量浓度为19700个/立方厘米。
实施例4：
自下而上法纳米类石墨烯C3N4制备，用三聚氰胺和尿素等材料进行聚合和碳化制备，起反应过程分为两步法，第一部分为聚合部分，此时三聚氰胺和尿素1:1配成一定浓度的溶液(溶剂为乙醇，浓度为10％)，在反应釜中进行，反应温度160℃，反应时间为7h，所得产物经过蒸发后为粉末状，继续洗涤数次后烘干；第二步为碳化反应，粉末继续在马弗炉中高温反应，反应温度为600℃，无氧条件，反应时间为5h，类石墨烯C3N4粒径为10nm，且尺寸可控。采用浓硫酸对类石墨烯C3N4进行氧化，将1克类石墨烯C3N4，6ml发烟硫酸，硝酸钠0.4克，20℃搅拌下反应40min，分8次加入4克高锰酸钾，在35℃反应30min，在60℃下干燥10h，得到氧化类石墨烯C3N4，使得类石墨烯C3N4表面具备反应活性的羧基，用乙二醇对氧化类石墨烯C3N4进行表面处理，氧化类石墨烯C3N4与乙二醇的比例为5：1，反应温度150℃，水合釜中反应，压力为5个大气压，反应时间为6h，使得类石墨烯C3N4具有很好的金属络合能力；通过气流粉碎法粉粹1次制备纳米级清水石粉体，控制粉体平均粒径小于200nm；将制备好的类石墨烯C3N4激发剂与清水石粉体按照质量比为1：20混合，溶剂为水或者乙醇，超声分散30min，在140℃下水合釜中反应6h(氮气保护)，所得物质经反复离心、水和乙醇洗涤，在70℃下干燥24h，得到产物，负离子发射量按照不同添加量浓度为19900个/立方厘米。
实施例5：
自下而上法纳米类石墨烯C3N4制备，用三聚氰胺和尿素等材料进行聚合和碳化制备，起反应过程分为两步法，第一部分为聚合部分，此时三聚氰胺和尿素1:1配成一定浓度的溶液(溶剂为乙醇，浓度为10％)，在反应釜中进行，反应温度160℃，反应时间为7h，所得产物经过蒸发后为粉末状，继续洗涤数次后烘干；第二步为碳化反应，粉末继续在马弗炉中高温反应，反应温度为600℃，无氧条件，反应时间为5h，类石墨烯C3N4粒径为10nm，且尺寸可控。采用浓硫酸对类石墨烯C3N4进行氧化，将1克类石墨烯C3N4，6ml发烟硫酸，硝酸钠0.4克，20℃搅拌下反应40min，分8次加入4克高锰酸钾，在35℃反应30min，在60℃下干燥10h，得到氧化类石墨烯C3N4，使得类石墨烯C3N4表面具备反应活性的羧基，再用氧化石墨烯类石墨烯C3N4与丙三醇进行表面氨基化处理，氧化类石墨烯C3N4与丙三醇的比例为5：1，反应温度150℃，水合釜中反应，压力为5个大气压，反应时间为6h，使得氧化类石墨烯C3N4具有很好的金属络合能力；通过气流粉碎法粉粹2次制备纳米级负离子海鸥石粉体，控制粉体平均粒径小于120nm；将制备好的氧化类石墨烯C3N4激发剂与海鸥石粉体按照质量比为1:100混合，溶剂为水或者乙醇，超声分散30min，在140℃下水合釜中反应6h(氮气保护)，所得物质经反复离心、水和乙醇洗涤，在70℃下干燥24h，得到产物，负离子发射量按照不同添加量浓度为31200个/立方厘米。
实施例6：
自下而上法纳米类石墨烯C3N4制备，用三聚氰胺和尿素等材料进行聚合和碳化制备，起反应过程分为两步法，第一部分为聚合部分，此时三聚氰胺和尿素1:1配成一定浓度的溶液(溶剂为乙醇，浓度为10％)，在反应釜中进行，反应温度160℃，反应时间为7h，所得产物经过蒸发后为粉末状，继续洗涤数次后烘干；第二步为碳化反应，粉末继续在马弗炉中高温反应，反应温度为600℃，无氧条件，反应时间为5h，类石墨烯C3N4粒径为10nm，且尺寸可控。采用浓硫酸对类石墨烯C3N4进行氧化，将1克类石墨烯C3N4，6ml发烟硫酸，硝酸钠0.4克，20℃搅拌下反应40min，分8次加入4克高锰酸钾，在35℃反应30min，在60℃下干燥10h，得到氧化类石墨烯C3N4，使得表面具备反应活性的羧基，再用乙二胺对氧化类石墨烯C3N4进行表面氨基化处理，制备类石墨烯C3N4激发剂，氧化类石墨烯C3N4与乙二胺的比例为5：1，反应温度150℃，水合釜中反应，压力为5个大气压，反应时间为6h，使得氧化类石墨烯C3N4具有很好的金属络合能力；通过气流粉碎法粉粹3次制备纳米级古海岩粉体，控制粉体平均粒径小于80nm；将制备好的石墨烯激发剂与纳米矿粉按照质量比为1：100混合，溶剂为水或者乙醇，超声分散30min，在140℃下水合釜中反应6h(氮气保护)，所得物质经反复离心、水和乙醇洗涤，在70℃下干燥24h，得到产物，负离子发射量按照不同添加量浓度为38900个/立方厘米。
本发明粉碎天然非电气石的方法也可以高压液相分散法等，主要目的是用于控制非电气石粉体的粒径大小。
本发明各实施例中所用的非电气石可以是海鸥石、六环石、古海岩、清水石等具有负离子发射功能的天然非电气矿石。
本发明研究发现，非电气石释放负离子的浓度与其自发极化效应强弱有直接关系，激发剂增强极化效应是必要条件，非电气石粉体的平均粒径应控制在200nm以下，优选为150nm以下，更优选为100nm以下，本发明研究发现，非电气石粉体的粒径控制较小时，具有更大的比表面积，更容易被激发释放电子，然而，当非电气石粉体的粒径控制得更小时(例如本发明平均粒径控制在200nm以下)，却发生团聚现象，反而造成释放电子能力显著下降，而同时，本发明经过大量研究发现，类石墨烯C3N4与含有多活性官能团如多羟基或多氨基化合物进行反应进行改性，改性后的类石墨烯C3N4片层结构与非电气石粉体结合力大大增加，并且类石墨烯C3N4具有很好的金属络合能力，改性后的类石墨烯C3N4对光具有光谱吸收和远红外发射功能，这些能量可以高效率的传递到负离子矿粉上从而使其受到激发，发射负离子，因此使得本发明复合材料的负离子发生效率大大提高。
本发明所提供的无辐射高发射量负离子纳米复合材料制备方法，采用类石墨烯C3N4激发剂和纳米化天然矿石负离子发生材料进行进一步复合，显著提高复合体系的激发效率，增加复合体系的稳定性和安全性，从而进一步为工业化制备高效率负离子发生材料提供了有力的支撑。
本发明所提供的负离子发射功能纳米复合材料制备技术，解决了现有技术负离子发射材料发射率低和有害辐射的问题，本发明不添加如镧系、镭、钍等具有有害辐射的金属激发剂，与传统的制备方法相比，成本降低，操作方便，纳米粉体的粒度可控，生产效率高，可大规模应用于工业化生产。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种C3N4激发天然矿石负离子发射纳米复合材料制备方法，其特征在于：包括，
自下而上法纳米类石墨烯C3N4制备，用三聚氰胺和尿素进行聚合和碳化制备，反应过程分为两步法，第一部分为聚合部分，此时三聚氰胺和尿素1:1配成一定浓度的溶液，溶剂为乙醇，浓度为10％；在反应釜中进行，反应温度160℃，反应时间为7h，所得产物经过蒸发后为粉末状，继续洗涤数次后烘干；第二步为碳化反应，粉末继续在马弗炉中高温反应，反应温度为600℃，无氧条件，反应时间为5h，类石墨烯C3N4粒径为10nm；
采用浓硫酸对类石墨烯C3N4进行氧化，将1克类石墨烯C3N4，6ml发烟硫酸，硝酸钠0.4克，20℃搅拌下反应40min，分8次加入4克高锰酸钾，在35℃反应30min，在60℃下干燥10h，得到氧化类石墨烯C3N4，使得表面具备反应活性的羧基，再用乙二胺对氧化类石墨烯C3N4进行表面氨基化处理，制备类石墨烯C3N4激发剂；
类石墨烯C3N4与乙二胺的比例为5：1，反应温度150℃，水合釜中反应，压力为5个大气压，反应时间为6h；通过气流粉碎法粉粹3次制备纳米级古海岩粉体，控制粉体平均粒径小于80nm；
将制备好的类石墨烯C3N4激发剂与纳米级古海岩粉体按照质量比为1：100混合，溶剂为水或者乙醇，超声分散30min，在140℃下水合釜中反应6h，氮气保护，所得物质经反复离心、水和乙醇洗涤，在70℃下干燥24h，得到产物。
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