CN101387001A - 一种在活性碳纤维上负载纳米银的方法 - Google Patents

Abstract

本发明设计了一种通过电化学沉积法在活性碳纤维上负载纳米银的方法。利用活性碳纤维的吸附能力吸附银离子，采用阴极还原法将其还原为银单质，通过控制操作条件获得纳米银并在生成同时直接固定在活性碳纤维表面。本方法适用于各种导电的活性碳纤维材料，制备速度快，所得纳米银与活性碳纤维结合牢固、粒径均匀，产品可用于饮水净化、医疗卫生等领域。

Description

一种在活性碳纤维上负载纳米银的方法

发明领域

本发明涉及一种制备纳米银活性碳纤维复合材料的方法，特别是涉及一种通过采用电化学法在活性碳纤维表面负载纳米银的方法。

背景技术

活性碳纤维是一种具有很高比表面积的碳材料，具有优异的吸附性能，因而在气体吸附净化、污水处理、饮水净化等领域得到应用。

前人的研究证明，金属银具有抑菌、灭菌的作用，含有银的材料被广泛地用于抗菌材料中。负载银的活性碳纤维是具有优异的吸附和杀菌功能的新型材料(如中国专利CN1480584A使用纳米银与活性碳纤维结合用于抗菌)，其杀菌原理为利用活性碳纤维的强吸附能力吸附细菌，并利用银的杀菌能力将其杀灭。这种材料由于其抗菌能力不依赖于抗生素和有毒化学品，具有比传统杀菌剂和杀菌材料更好的生物安全性，在卫生、医疗产品、空调滤网、冷冻设备抑菌、饮水净化等领域具有广阔的应用前景。

纳米银—活性碳纤维复合材料的制备一般利用活性碳纤维的吸附能力及其表面基团的还原特性，采用浸渍—还原法(如中国专利CN1376822)或浸渍—煅烧法(如中国专利CN1789498)进行银的固载，这些方法制备时间长、银消耗量大、纳米银粒径分布不均匀、产品质量不够稳定，而自发吸附—还原制备的纳米银与活性碳纤维之间结合不够牢固，纳米银存在脱落的危险，在医疗卫生领域的应用受到了限制。

发明内容

本发明的目的是通过改进纳米银在活性碳纤维上的负载方法，大大缩短纳米银碳纳米管纤维的生产周期，并使产品中纳米银分布均匀、提高银与活性碳纤维载体之间的结合力。

本发明提供的在活性碳纤维上负载纳米银的方法原理如下：

将活性碳纤维(ACF)放在硝酸银溶液中，使硝酸银溶液充分浸润ACF，ACF的吸附特性使得银离子被吸附在ACF表面：

$\mathrm{ACF}+\mathrm{AgN}{O}_3\→\mathrm{ACF}\·A{g}^{+}+N{O}_3^{-}$

然后以浸润硝酸银的ACF为阴极进行直流电解，电解液为含有银离子的溶液。在电解过程中ACF表面的银离子被还原，在ACF上形成纳米银：

ACF·Ag⁺+e→ACF·Ag

由于纳米银在没有其他化学试剂的情况下生成，产品质量高、杂质很少，且电化学沉积的纳米银与ACF结合更加紧密，不易脱落。

本发明提供的在ACF上负载纳米银的方法，其步骤如下：

1)使用工业生产的活性碳纤维，使其充分浸润含有硝酸银的溶液，作为电极备用。

2)负载纳米银的过程在电解池中进行，以1)所述材料为阴极，以石墨板或银板或1)所述材料为阳极，阳极工作面积大于阴极。电解液中银离子浓度为0.005～100mmol/L，电解电流密度0.01～100mA/cm²(阴极工作面积)。通电电解过程持续0.1～600秒。

3)从电解槽中取出阴极，除去浸润的电解液、洗涤、干燥即得负载纳米银的活性碳纤维。

与现有技术相比，本发明所述的优点在于：纳米银生成时间短，银消耗量少，产品稳定性好，抗菌效果显著。

具体实施方式

实施实例1

使用聚丙烯腈基活性碳纤维，裁剪为1cm×2cm的长方形，其上连接一根银线作为导线，浸润6.0mmol/L硝酸银溶液后作为阴极，阳极采用10cm×10cm的导电石墨片，将两电极置于电解槽中，电解液含有6.0mmol/L硝酸银和0.1mmol/L柠檬酸钠，控制电流为0.3mA，持续时间20秒。电解完成后挤干活性碳纤维中的电解液，然后用去离子水清洗5次，在50℃烘箱中烘干，得到负载有纳米银的活性碳纤维。通过电子显微镜观察，纳米银粒径在30～50nm。实验结果证明，该活性碳纤维能够有效吸附自来水中的杂质、杀灭大肠杆菌，显著提高水质。

实施实例2：

使用粘胶基活性碳纤维，裁减为10cm×10cm的正方形，其上连接一根银线作为导线，浸润0.1mmol/L硝酸银溶液后作为阴极，阳极采用10cm×10cm的多孔银板，将两电极置于电解槽中，电解液含有0.1mmol/L硝酸银和0.1mol/L硝酸钾，控制电流为10mA，持续时间10秒。电解完成后挤干活性碳纤维中的电解液，然后用超纯水清洗5次，在室温下自然干燥，得到负载有纳米银的活性碳纤维。使用电子显微镜观察，纳米银粒径在10nm左右，分布均匀。实验结果证明，该活性碳纤维能够有效杀灭水中99.99％以上的大肠杆菌和99％以上的金黄色葡萄球菌、白色念珠菌等致病细菌，5小时弱酸性流水银脱落量小于1.0％，能够应用于医疗消毒和抗菌。

实施实例3：

使用酚醛基活性碳纤维，裁减为1.0m×5.0m的长方形，在宽边夹银条作为导线，浸润50mmol/L硝酸银溶液后作为阴极，阳极采用1.0m×5.0m的同类碳纳米纤维，将两电极置于电解槽中，电解液含有50mmol/L硝酸银，控制电流为15A，持续时间120秒。电解完成后取出阴极活性碳纤维，甩干其中的电解液，然后用去离子水清洗5次，使用60～80℃热风吹干，得到负载有纳米银的活性碳纤维。电子显微镜观察，纳米银粒径在50～80nm。实验结果证明，该活性碳纤维材料能够有效吸附和杀灭水中致病细菌，将该活性碳纤维卷成柱状用于饮用水净化。

Claims (4)

1、一种在活性碳纤维上负载纳米银的方法，其步骤如下：

1)使用工业生产的活性碳纤维，使其充分浸润含有硝酸银的溶液，作为电极备用；

2)负载纳米银的过程在电解池中进行，以1)所述材料为阴极，以石墨板或银板或1)所述材料为阳极，阳极工作面积大于阴极，电解液中银离子浓度为0.005～100mmol/L，电解电流密度0.01～100mA/cm²(阴极工作面积)，通电电解过程持续0.1～600秒；

3)从电解槽中取出阴极，除去浸润的电解液、洗涤、干燥即得负载纳米银的活性碳纤维。

2、根据权利要求1中步骤1)，所述活性碳纤维可以是采用任何原料制备的，需具备导电能力，电阻率不大于100kΩ/m；所述充分浸润指活性碳纤维浸泡在溶液中自然吸水至饱和；所述电解液是含有银离子的水溶液。

3、根据权利要求1中步骤2)，所述石墨板指用于电极的导电石墨板；所述银板是用于电极的含有微孔的多孔银板；所述电解液是含有银的溶液，可以是硝酸银溶液或硝酸银与其他硝酸盐或柠檬酸盐的混合溶液；所述通电是指使用直流电。

4、根据权利要求1中步骤3)，所述除去浸润的电解液可以采用挤压、离心、重力等方法；所述洗涤指采用自来水、去离子水或超纯水进行清洗以除掉活性碳纤维上残留的电解液；所述干燥是指采用烘干、烤干、风干等方法除掉活性碳纤维中的水分。