CN103706805A - 一种负载纳米多元金属的炭材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种负载纳米多元金属的炭材料的制备方法，涉及炭材料技术领域。本发明的目的在于提供一种可将纳米多元金属有效地负载于碳材料上的方法，其特征在于：将炭材料加入去离子水中，并加入银、铜、锌和铁的有机或无机化合物中的至少两种，混合均匀后浸泡1～24h，然后在惰性气体、还原性气体或真空环境中进行150-1200℃热处理；所述炭材料为颗粒活性炭、粉末活性炭、竹炭、稻壳炭、碳纳米管、碳纳米纤维或人造石墨。本发明提供的负载纳米多元金属的炭材料的制备方法工艺简单，易操作，无需投加还原试剂，零废水排放，无污染，用该方法制备得到的炭材料可用于饮用水的净化处理。
Description
技术领域
本发明涉及炭材料技术领域，特别涉及一种负载纳米多元金属的炭材料的制备方法，该炭材料可用于净化水资源。
背景技术
水是生命之源，人类离开了水便无法生存。随着社会经济的发展和生活水平的不断提高，人们对饮用水的要求也不断提高。但是，据《中青报》2012年5月报道，中国约有3亿农村人口和5千万城市人口的饮用水目前还达不到安全标准。《2010年中国农村贫困监测报告》显示，截止2009年，饮用自来水的农户仅占全部农户的32%，其余直饮水源的农户均存在不同程度的健康问题。由于农村无集中供水，再加上工矿企业导致的水源污染以及政府在饮水安全性宣传力度的不足，致使农村介水传染疾病频发。由于农村改水、饮水、集中供水工程需逐步完成，从集中供水端或用户终端对饮用水进行安全保障目前不失为一种可行、廉价且高效的途径。
纳米金属是将粒径做到纳米级或亚微米级的金属单质，纳米金属粒径大多在25-200nm之间，研究发现，金属在纳米状态下的化学反应活性及杀菌能力产生了质的飞跃。以纳米银、纳米铜为例，极低含量的纳米银、铜可产生强大的杀菌作用，可在数分钟内杀死650多种细菌，对大肠杆菌、淋球菌、沙眼衣原体等数十种致病微生物都有强烈的抑制和杀灭作用，而且不会产生耐药性。动物试验表明，这种纳米单质银、铜即使使用量达到标准剂量的几百倍，受试动物也无中毒表现。此外，以纳米单质铁、锌为例，纳米零价铁、锌具有极强的化学还原能力，可将毒性强、溶解度高的高价态重金属化合物迅速还原成毒性低、溶解度低的低价态重金属化合物。研究发现，纳米金属粒径越小，比表面积越大，化学还原性能、杀菌性能越强。然而，由于纳米尺寸的金属颗粒具有较高的表面能，很容易发生聚集，从而降低其反应活性与杀菌能力，所以如何保持其稳定性依旧是比较困难的问题。此外，纳米金属颗粒难以从水中分离致使其在水处理的应用中举步维艰。
炭材料广泛用于环保行业，其具有比表面积大、孔隙率高、吸附性强、化学稳定性好、导电等优点，目前已用于水资源的净化领域。若能将纳米多元金属有效地负载于炭材料上，既可防止纳米金属的聚集也可使纳米金属易于从水中分离，从而能够得到一种兼具炭材料和纳米金属优点的净水材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种可将纳米多元金属有效地负载于碳材料上的方法。
为实现上述目的，本发明提供了这样一种负载纳米多元金属的炭材料的制备方法，其特征在于：将炭材料加入去离子水中，并加入银、铜、锌和铁的有机或无机化合物中的至少两种，混合均匀后浸泡1～24h，然后在惰性气体、还原性气体或真空环境中进行150-1200℃热处理；所述炭材料为颗粒活性炭、粉末活性炭、竹炭、稻壳炭、碳纳米管、碳纳米纤维或人造石墨。
所谓还原性气体是指在空气中能被氧化的气体，如氢气、一氧化碳等。
进一步地，混合之前先向去离子水中加入络合剂。
进一步地，所述络合剂为氨水、甲壳素、聚氨基葡萄糖、柠檬酸钠、L-赖氨酸、络氨酸、十二烷基硫酸盐、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇或聚乙烯油胺。
有益效果：
1、本发明提供的负载纳米多元金属的炭材料的制备方法工艺简单，易操作，无需投加还原试剂，零废水排放，无污染。
2、采用本发明的方法制备负载纳米多元金属的炭材料，能将负载其上的纳米金属的直径控制在50-1000nm之间，该材料既能还原吸附水中的重金属、微量有机物又能高效地杀灭水中细菌及病毒。与现有技术中简单吸附有金属颗粒的炭材料所不同的是，该负载纳米多元金属的炭材料中的金属颗粒牢牢附着在炭材料的表面及微孔中，附着力极强，在水中的释放率极低，参照GBT17219《生活饮用水输配水设备及防护材料卫生安全评价规范》中记载的检测方法对其进行卫生安全性检测，检测结果为：铁的浸泡溶出量小于0.02mg/l，铜的溶出量小于0.017mg/l，锌的溶出量小于0.015mg/l，银的溶出量小于0.003mg/l，均达到浸泡试验基本项目的卫生要求，符合《规范》中对饮用水处理材料的要求，因此使用该材料净化后的饮用水直接饮用对身体不会造成任何危害。故采用本发明的方法制备得到负载纳米多元金属的炭材料可用于饮用水的净化处理，使用方法可以是以该负载纳米多元金属的炭材料为核心滤料，将其装填入微孔过滤器中作为净水器使用。若用户可饮用自来水，此净水器可与自来水龙头相连；若用户无集中供水，此净水器可与桶装原水相连。
3、应用本发明的方法制备得到的负载纳米多元金属的炭材料还可用于对游泳池水、景观水进行过滤消毒，可用于处理生活污水、工业废水以及中高浓度重金属废水等污水以使其达标排放，可用于地下水、地表水重金属污染的应急保障中。
4、本发明的方法将多元纳米金属原子同时负载在炭材料上，使得到的负载纳米多元金属的炭材料同时具有多种不同纳米金属的性质。更为重要的是，纳米多元金属相互之间具有协同杀菌性能，与单金属相比，大大增强了灭菌效果；同时不同金属之间的原电池反应，大大增强了去除重金属的能力。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释，本发明并不局限于以下实施例。
实施例1
取500g颗粒活性炭，将其加入1L去离子水中，并加入10g硝酸铜、10g醋酸锌和2g聚氨基葡萄糖，搅拌混合8h，300度真空热处理后，得到负载纳米铜、锌的活性炭。
实施例2
取1000g竹炭，将其加入3L去离子水中，加入30g醋酸银、20g硝酸铁和2g柠檬酸钠，搅拌混合2h，800度氮气保护热处理后，得到负载纳米银铁的竹炭。
实施例3
取800g炭纳米纤维，将其加入4L去离子水中，加入5g醋酸银、10g硝酸铁、15g硝酸铜、15g硝酸锌和2g柠檬酸钠，搅拌混合24h，700度氮气保护热处理后，得到负载纳米银铁锌铜的炭纳米纤维。
实施例4
取1000g粉末活性炭，将其加入10L去离子水中，加入40g醋酸银、40g醋酸铁、40g醋酸铜，浸泡6h，600度氮气保护热处理后，得到负载纳米银铁铜的粉末活性炭。
实施例5
取1000g稻壳炭，将其加入10L去离子水中，加入5g醋酸银、5g硝酸锌，浸泡18h，500度真空热处理后，得到负载纳米银锌的稻壳炭。
参照GBT17219《生活饮用水输配水设备及防护材料卫生安全评价规范》中记载的检测方法对上述实施例中的水过滤材料进行卫生安全性检测，检测结果为：铁的浸泡溶出量小于0.02mg/l，铜的溶出量小于0.017mg/l，锌的溶出量小于0.015mg/l，银的溶出量小于0.003mg/l，均达到浸泡试验基本项目的卫生要求，符合《规范》中对饮用水处理材料的要求。
Claims (3)
1.一种负载纳米多元金属的炭材料的制备方法，其特征在于：将炭材料加入去离子水中，并加入银、铜、锌和铁的有机或无机化合物中的至少两种，混合均匀后浸泡1～24h，然后在惰性气体、还原性气体或真空环境中进行150-1200℃热处理；所述炭材料为颗粒活性炭、粉末活性炭、竹炭、稻壳炭、碳纳米管、碳纳米纤维或人造石墨。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：混合之前向去离子水中加入络合剂。
3.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述络合剂为氨水、甲壳素、聚氨基葡萄糖、柠檬酸钠、L-赖氨酸、络氨酸、十二烷基硫酸盐、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇或聚乙烯油胺。
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