CN103055800A - 一种高效吸附气态元素汞的纳米修饰材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种高效吸附气态元素汞的纳米修饰材料及制备方法，所述纳米修饰材料以普通纱布为基体，经纳米银修饰胶体溶液进行修饰而得到。本发明还提供了高效吸附气态元素汞的纳米修饰材料的制备方法。本发明产品原材料来源广泛、质地柔软、成本低廉，吸附容量较高，在室温下，气体流速为500mL/min，吸附材料0.2g，气相汞入口浓度为44μg/m3时，吸附容量可达1.2mg/g以上。本发明产品可用于含汞灯具或医疗器材的包装运输以及职业风险防护器件的制作，具有很好的实用性和应用前景。本发明所述纳米修饰材料的制备方法过程简单，工艺周期短，便于实施。
Description
技术领域
本发明涉及一种吸附材料，尤其是一种高效吸附气态元素汞的纳米修饰材料及制备方法。
背景技术
汞是金属中毒性很强的元素之一，广泛分布于环境中。随着工业发展，汞被广泛应用于氯碱工业、塑料工业、电器工业、油漆工业，以及农药、造纸和医疗卫生等行业。以汞为原料的工业生产过程中产生的含汞废水、废气和废渣对环境的污染非常严重。在日常生活中，1.2 mg/m3至8.5mg/m3的汞污染空气可以导致急性汞中毒。虽然急性汞中毒并不常见，但潜在的汞污染却长期、广泛地存在着。生活中常见的汞污染源有包括多种，主要有含汞体温计、血压计和含汞照明设备。一支普通的玻璃体温计含汞约1克，一台台式血压计含汞约50克。由于所用容器的材质多为玻璃，在生产、包装、运输和使用过程中容易发生破碎而发生汞泄漏。汞是一种易挥发元素，在常温下即可蒸发而形成汞蒸气。据测算，一支传统含汞体温计中所含的汞如果全部蒸发，可导致约15平方米的房间内空气汞的浓度高达22.2mg/m3，该剂量远远超过了大气汞中毒的阈剂量。除以上常用的传统医疗设备，照明设备也是日常生活中另一个主要的汞污染源。目前普遍使用的室内荧光灯、室外高压汞灯、五彩缤纷的霓虹灯等，都需要汞作放电气体。这些灯报废后，一旦破碎，所含的汞将全部进入环境中。据估计，一支在常温下打碎的40W荧光灯，可在瞬间使周围空气中的汞蒸气浓度高达10mg/m3-20mg/m3，超过国家大气质量标准中对汞最大允许浓度（0.01mg/m3）的1000至2000倍。此外，在一些冶金和燃煤、燃油工厂，周围空气中的气态元素汞浓度也严重超标，威胁到在厂职工的生命安全。这些通过各种途径进入大气中的汞一旦被人体摄入并超过中毒阈值，就会破坏人的中枢神经系统，造成人体脏器不可逆病变，甚至导致生殖缺陷，并具有一定的遗传性。
目前，虽然在一些主要的汞污染工业排放源可以通过加强环保设施消弱气态元素汞的排放，但由于专属设备缺乏，控制难度大，设备运行成本高等原因，仍有大量气态元素汞被排放进入周围大气环境，时刻危害着人群健康。为了降低职业暴露风险，尤其是特殊行业如燃煤发电、电镀、医疗等领域工作人员的职业风险，需要开发高吸附性能的汞吸附材料以用作防护器具和设备。同时，为降低含汞产品尤其是易碎含汞产品如体温计、血压计和荧光灯等在生产、运输和使用过程中的泄露风险，亟需开发一种高活性汞吸附材料用作包装材料。无论出于制作防护器具还是包装材料，都需要该材料具有高的汞吸附容量，快速的吸附动力学特性，并且质地柔软，价格低廉。然而，由于气态汞污染控制是环保研究领域的一个难点，气态元素汞的吸附材料还很缺乏，尤其是符合上述要求高活性、大容量吸附材料还未见报道。因此，开发一种对汞具有高效吸附能力，且有望被用于职业风险防护和包装材料的吸附材料就显得极为迫切和重要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术之缺陷、提供一种用于含汞灯具或医疗器材包装运输以及职业风险防护器件的高效吸附气态元素汞的纳米修饰材料及制备方法。
本发明所述技术问题是由以下技术方案实现的：
一种高效吸附气态元素汞的纳米修饰材料，其特别之处是：所述纳米修饰材料以普通纱布为基体，经纳米银修饰胶体溶液进行修饰而得到。
上述高效吸附气态元素汞的纳米修饰材料：所述纳米银修饰胶体溶液由硝酸银溶液、柠檬酸三钠溶液和硼氢化钠溶液组成，其中硝酸银溶液与柠檬酸三钠混合溶液的摩尔比为1-2:3，所述硼氢化钠溶液的浓度范围为200mmol/L至1mol/L，每100mL柠檬酸三钠和硼氢化钠混合溶液中加入2-4mL硼氢化钠溶液。
一种高效吸附气态元素汞的纳米修饰材料的制备方法，它按照下列步骤进行：
a.按摩尔比浓度配制硝酸银、柠檬酸三钠混合溶液；
b.将硝酸银溶液和柠檬酸三钠混合溶液置入容器中，搅拌均匀；
c.取配比量的硼氢化钠溶液，在搅拌的条件下将硼氢化钠溶液缓慢添加到硝酸银溶液和柠檬酸三钠混合溶液中，并持续搅拌，即获得纳米银修饰胶体溶液；
d. 取纱布浸入纳米银修饰胶体溶液中，经浸泡搅拌、烘干，制得高效吸附气态元素汞的纳米修饰材料。
上述高效吸附气态元素汞的纳米修饰材料的制备方法，所述C步骤中，所用纳米银修饰胶体溶液与被修饰纱布之比为：1000mL：2-3克。
上述高效吸附气态元素汞的纳米修饰材料的制备方法，所述 c步骤中，硼氢化钠溶液的加入时间控制在5min之内。
上述高效吸附气态元素汞的纳米修饰材料的制备方法，所述 d步骤中纱布浸泡过程持续搅拌，浸泡搅拌时间为6小时。
上述高效吸附气态元素汞的纳米修饰材料的制备方法，所述纱布烘干温度65-75°C，烘干时间为6-7小时。
本发明所述高效吸附气态元素汞的纳米修饰材料的优点在于：（1）利用普通纱布为原材料制备高效气相汞吸附材料，原材料来源广泛、质地柔软、成本低廉；（2）负载纳米银后的纱布对气相汞的吸附能力强，吸附容量较高（在室温下，气体流速为500 mL/min，吸附材料0.2g，气相汞入口浓度为44 μg /m3时，吸附容量可达 1.2 mg/g以上。经对比测试显示，未经银修饰的普通纱布对气态元素汞几乎没有任何吸附效果。基于上述优点，本发明产品可用于含汞灯具或医疗器材的包装运输以及职业风险防护器件的制作，具有很好的实用性和应用前景。本发明所述纳米修饰材料的制备方法过程简单，工艺周期短，便于实施。
具体实施方式
本发明产品采用普通纱布为基体，经纳米银修饰胶体溶液进行修饰而得到。所述纳米银修饰胶体溶液由硝酸银溶液、柠檬酸三钠溶液和硼氢化钠溶液组成，其中硝酸银溶液与柠檬酸三钠混合溶液的摩尔比为1-2:3，所述硼氢化钠溶液的浓度范围为200mmol/L至1mol/L，每100mL柠檬酸三钠和硼氢化钠混合溶液中加入2-4mL硼氢化钠溶液。硝酸银中的银离子在液相中经柠檬酸三钠和硼氢化钠还原为银，并逐渐生长为银纳米颗粒。纳米级的银颗粒与气态元素汞具有很强的亲和能力，在宏观上表现出了对气态元素汞的高效吸附活性。
本发明中采用的普通纱布，也可以更换成其它具有较强吸附能力的材料作为基体。
下面给出本发明的几个具体实施例。
实施例1 ：在一个100 mL容量瓶中，分别加入0.068 g的硝酸银和0.1764 g的柠檬酸三钠，以去离子水定容后转入烧杯中，硝酸银和柠檬酸三钠摩尔比为2:3。将上述溶液用磁力搅拌器搅拌，搅拌转速为200 r/min，同时以1mL/min的速度缓慢滴入4 mL（200mmol/L）新鲜配制的NaBH4溶液，并持续搅拌5 min，即获得纳米银修饰胶体溶液。将0.2g干净的纱布加入到纳米银修饰胶体溶液中，在50-80 r/min转速下，纱布持续继续搅拌浸泡6小时，将纱布取出经过滤、洗涤，然后在烘干温度65°C的条件下干燥7小时，即得高效吸附气态元素汞的纳米修饰材料。
实施例2 ：在一个100 mL容量瓶中，分别加入0.051 g的硝酸银和0.1764 g的柠檬酸三钠，以去离子水定容后转入烧杯中，硝酸银和柠檬酸三钠摩尔比为1:2。将上述溶液用磁力搅拌器搅拌，搅拌转速为200 r/min，同时以1mL/min的速度缓慢滴入3 mL（500mmol/L）新鲜配制的NaBH4溶液，并持续搅拌5 min，即获得纳米银修饰胶体溶液。将0.25g干净的纱布加入到纳米银修饰胶体溶液中，在50-80 r/min转速下，纱布持续继续搅拌浸泡6小时，将纱布取出经过滤、洗涤，然后在烘干温度70°C的条件下干燥6.5小时，即得高效吸附气态元素汞的纳米修饰材料。
实施例3 ：在一个100 mL容量瓶中，分别加入0.034 g的硝酸银和0.1764 g的柠檬酸三钠，以去离子水定容后转入烧杯中，硝酸银和柠檬酸三钠摩尔比为1:3。将上述溶液用磁力搅拌器搅拌，搅拌转速为200 r/min，同时以1mL/min的速度缓慢滴入2 mL（1mol/L）新鲜配制的NaBH4溶液，并持续搅拌5 min，即获得纳米银修饰胶体溶液。将0.3g干净的纱布加入到纳米银修饰胶体溶液中，在50-80 r/min转速下，纱布持续继续搅拌浸泡6小时，将纱布取出经过滤、洗涤，然后在烘干温度75°C的条件下干燥6小时，即得高效吸附气态元素汞的纳米修饰材料。
实施例4 ：在一个100 mL容量瓶中，分别加入0.068 g的硝酸银和0.1764 g的柠檬酸三钠，以去离子水定容后转入烧杯中，硝酸银和柠檬酸三钠摩尔比为2:3。将上述溶液用磁力搅拌器搅拌，搅拌转速为200 r/min，同时以1mL/min的速度缓慢滴入2.5 mL（500mmol/L）新鲜配制的NaBH4溶液，并持续搅拌5 min，即获得纳米银修饰胶体溶液。将0.28g干净的纱布加入到纳米银修饰胶体溶液中，在50-80 r/min转速下，纱布持续继续搅拌浸泡6小时，将纱布取出经过滤、洗涤，然后在烘干温度65°C的条件下干燥6.5小时，即得高效吸附气态元素汞的纳米修饰材料。
实施例5 ：在一个100 mL容量瓶中，分别加入0.051 g的硝酸银和0.1764 g的柠檬酸三钠，以去离子水定容后转入烧杯中，硝酸银和柠檬酸三钠摩尔比为1:2。将上述溶液用磁力搅拌器搅拌，搅拌转速为200 r/min，同时以1mL/min的速度缓慢滴入2 mL（700mmol/L）新鲜配制的NaBH4溶液，并持续搅拌5 min，即获得纳米银修饰胶体溶液。将0.23g干净的纱布加入到纳米银修饰胶体溶液中，在50-80 r/min转速下，纱布持续继续搅拌浸泡6小时，将纱布取出经过滤、洗涤，然后在烘干温度70°C的条件下干燥6小时，即得高效吸附气态元素汞的纳米修饰材料。
对比例1：普通纱布。
对比例2：银离子浸渍修饰纱布：在一个100 mL容量瓶中，加入0.034 g的AgNO3，以去离子水定容后转入烧杯中。然后将0.2g干净的普通纱布加入到在50-80 r/min转速搅拌下的溶液中，在50-80 r/min转速下继续搅拌6 h，过滤、洗涤，然后干燥(70°C) 6小时，即得银离子浸渍修饰纱布。
分别取0.2克普通纱布、0.2克银离子浸渍修饰纱布和0.2克上述实施例高效吸附气态元素汞的纳米修饰材料做吸附对比试验，试验条件如下：在室温下，气体流速为500mL/min，汞发生量为22ng/min，气相汞入口浓度为44 μg /m3。试验结果如下：普通纱布的吸附效率几乎为零；银离子浸渍修饰纱布对气相汞的最大吸附容量为66μg/g；本发明高效吸附气态元素汞的纳米修饰材料对气相汞的最大吸附容量为1.20-1.23mg/g。试验结果表明，采用对比例2的银离子浸渍修饰纱布比对比例1的普通纱布可以适度提高对气相汞的吸附容量；采用本发明的高效吸附气态元素汞的纳米修饰材料能极大提高对气态汞的吸附容量。此外，按配比范围制备的高效吸附气态元素汞的纳米修饰材料，其吸附容量稳定，没有明显变化。
取实施例1制备的高效吸附气态元素汞的纳米修饰材料，在气体流速为500mL/min，吸附材料用量为0.2g，汞发生量为22ng/min， 气相汞入口浓度为44 μg /m3 ，气体温度分别为50℃、80℃、100℃、120℃、150℃、180℃时，纳米修饰材料对气相汞的最大吸附容量分别为1.02 mg/g、0.73 mg/g、0.40 mg/g、0.23 mg/g、0.02 mg/g、0.01 mg/g。试验结果表明，所述纳米修饰材料吸附气相汞的能力随温度的变化很大，在室温时，最大吸附容量为最大值，随着温度的升高吸附能力降低。考虑到包装材料和防护器具多在常温下或较低温度下使用，因此，该纳米修饰材料虽具有明显的热敏感性，但较适合用于包装材料和防护器具的制作。
取实施例1制备的高效吸附气态元素汞的纳米修饰材料，在气体流速为500mL/min，纳米修饰材料用量为0.2g，汞发生量为22ng/min， 气相汞入口浓度为44 μg /m3 ，在载气中通入O2、CO2和水蒸气，其中N2、O2、CO2的比例以大气中N2、O2、CO2的比例为标准，考察空气对去除气相汞效果的影响，结果表明，通入O2、CO2和100%湿度饱和水蒸气对纳米修饰材料吸附气相汞的能力无影响。
取实施例1制备的高效吸附气态元素汞的纳米修饰材料，做吸附浓度试验。吸附试验在室温下，气体流速为500mL/min，吸附材料用量为0.2g，汞发生量为22ng/min，气相汞入口浓度分别为20 μg /m3 和60μg /m3时，该纳米修饰材料对气相汞的最大吸附容量为分别为1.36mg/g和1.01mg/g。可见，吸附材料吸附气相汞的能力随汞的浓度的变化很大，入口汞浓度越高，最大吸附容量就越低。
Claims (7)
1.一种高效吸附气态元素汞的纳米修饰材料，其特征在于：所述纳米修饰材料以普通纱布为基体，经纳米银修饰胶体溶液进行修饰而得到。
2.根据权利要求1所述的高效吸附气态元素汞的纳米修饰材料：其特征在于，所述纳米银修饰胶体溶液由硝酸银溶液、柠檬酸三钠溶液和硼氢化钠溶液组成，其中硝酸银溶液与柠檬酸三钠混合溶液的摩尔比为1-2:3，所述硼氢化钠溶液的浓度范围为200mmol/L至1mol/L，每100mL柠檬酸三钠和硼氢化钠混合溶液中加入2-4mL硼氢化钠溶液。
3.根据权利要求1或2所述的高效吸附气态元素汞的纳米修饰材料的制备方法，其特征在于，它按照下列步骤进行：
a.按摩尔比配制硝酸银、柠檬酸三钠混合溶液；
b.将硝酸银溶液和柠檬酸三钠混合溶液置入容器中，搅拌均匀；
c.取配比量的硼氢化钠溶液，在搅拌的条件下将硼氢化钠溶液缓慢添加到硝酸银溶液和柠檬酸三钠混合溶液中，并持续搅拌，即获得纳米银修饰胶体溶液；
d. 取纱布浸入纳米银修饰胶体溶液中，经浸泡搅拌、烘干，制得高效吸附气态元素汞的纳米修饰材料。
4.根据权利要求3所述的高效吸附气态元素汞的纳米修饰材料的制备方法，其特征在于：在所述C步骤中，所用纳米银修饰胶体溶液与被修饰纱布之比为：1000mL：2-3克。
5.根据权利要求4所述的高效吸附气态元素汞的纳米修饰材料的制备方法，其特征在于：所述 c步骤中，硼氢化钠溶液的加入时间控制在5min之内。
6.根据权利要求5所述的高效吸附气态元素汞的纳米修饰材料的制备方法，其特征在于：所述 d步骤中纱布浸泡过程中持续搅拌，浸泡搅拌时间为6小时。
7.根据权利要求6所述的高效吸附气态元素汞的纳米修饰材料的制备方法，其特征在于：所述纱布烘干温度65-75°C，烘干时间为6-7小时。
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