CN106040171A - 一种活性炭纤维基吸附材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种活性炭纤维基吸附材料的制备方法，将0.01‑100g/L的硝酸银乙醇溶液与1‑100g/L的六水合硝酸锌乙醇溶液混合搅拌均匀，缓慢加入青蒿素类药物，搅拌均匀，然后将粘胶纤维浸渍在混合溶液中30‑300min，置于1000瓦的微波炉中加热1‑10min，用去离子水反复冲洗干净后烘干，在700‑800℃的氮气气氛中炭化处理60分钟最终得到活性炭纤维基吸附材料。本发明采用先负载纳米银‑氧化锌技术，不会影响活性炭纤维的吸附性能，且经高温炭化、活化的负载纳米银‑氧化锌活性炭纤维杂质含量低，纳米颗粒与活性碳纤维结合更加牢固。本发明制备的活性炭纤维基吸附材料在污水治理和空气净化领域有着广阔的应用前景。

Description

一种活性炭纤维基吸附材料的制备方法
技术领域
本发明属于纳米材料领域，特别涉及一种活性炭纤维基吸附材料的制备方法。
背景技术
随着我国经济、社会的快速发展，人口数量的不断增长，工业化和城镇化的加快推进，水体污染、空气污染事件频发，给环境和人们的健康带来了严重的损害。因此，污水治理和空气净化已经成为一项刻不容缓的任务。
污染水体的治理技术有多种，其中吸附法因容易制备、成本低、吸附效果好而被大规模使用。常用的吸附材料有活性炭、壳聚糖等高分子吸附剂、微生物吸附剂、矿物类吸附剂等。其中活性炭因来源广泛，价格适中等特点，成为最常用的吸附材料。但是，由于普通活性炭存在灰分高、孔容小、微孔分布过宽、比表面积小和吸附选择性能差等特点，加上其表面官能团及电化学性质的一些限制，使其对污染物的吸附去除作用有限，远远不能满足国内外市场的要求。
人的一生大约有80%以上的时间是在室内度过的，因此室内空气质量的好坏直接影响到人们的身体健康。随着室外空气污染的日益严重，加上许多室内装修和装饰材料的污染以及大量化学用品进入家庭日常生活，使得室内空气同样不断恶化。而空调的广泛使用又使得室内生存空间越来越趋于封闭，导致室内空气的自我净化能力越来越差。人们呼吸了不新鲜的室内空气，有可能导致多种呼吸道疾病。随着人们健康意识的增强和生活水平的提高，越发认识到清洁空气对人体健康的重要性。因此，空气净化器正逐渐走入家庭和各种办公场所。在欧美发达国家，空气净化产品已经普遍用于家居、办公生活场所。调查数据显示，空气净化器在美国的普及率达到27%，日本17%，欧洲42%，韩国70%，而中国却不到1%。
目前，国内外空气净化器普遍采用的净化技术主要有：紫外线净化、光触媒净化、等离子体净化、过滤净化、静电集尘、吸附净化、负离子净化、臭氧净化、分子络合等方法。在这些空气净化技术中，使用吸附原理净化空气是一项历史悠久的技术。活性炭是最常用的吸附剂，对室内多种有害气体都有一定的吸附作用，但它存在吸附量小、易饱和、易解吸等缺点，而且对室内主要污染物甲醛吸附效果有限，并且不能杀菌。
纳米银具有优良的传热性、导电性、表面活性和催化性能，在光学、催化、微电子、生物传感、抗菌等领域具有巨大的应用价值。传统的纳米银的制备分为物理法和化学法。物理法对仪器设备要求较高，生产费用昂贵。化学法多采用水合肼、甲醛、多元醇、有机胺等做还原剂，虽然这些还原剂具有高活性，但对环境有害，并且制得的纳米银易发生团聚现象。
近年来，采用绿色、环保、高效和廉价的方法制备纳米银逐渐成为研究的热点（电镀与环保，2011，02:4-7）。目前已采用的绿色还原剂主要包括：维生素、柠檬酸钠、焦棓酸、对苯二酚、茶多酚、葡萄糖、果糖、蔗糖、植物及果皮提取物、微生物等。
纳米氧化锌是一种重要的光电半导体材料，在室温下具有较宽的禁带宽度（3.37eV）和较大的激子束缚能（60meV）。其具有许多优良的物理和化学性能，如较高的化学稳定性，无毒和非迁移性，低介电常数，光催化性能，荧光性，压电性，吸收和散射紫外线的能力等，因此纳米氧化锌在许多领域都具有重要的研究意义，并表现出诱人的应用前景。近年来纳米氧化锌已作为催化剂，气体传感器，半导体器件，压敏电阻，压电器件，场致发射显示器和紫外遮光材料等而被广泛应用。（张起,马勇,邓泉,王寅,付宏伟. 纳米氧化锌制备及应用研究进展[J]. 中国西部科技,2011,33:19-20；张楠. 纳米Ag/ZnO的制备研究进展[J]. 科技创新与应用,2015,34:84；张德锁. 超支化聚合物纳米材料的制备及对纺织品的改性研究[D].苏州大学,2013）。
纳米氧化锌同样可以作为吸附材料，姜虎生等采用原子吸收分光光度法并结合纳米技术测定纳米氧化锌对水中重金属的去除效果，与传统的去除方法（沉淀法、电解法、离子交换法等）相比较，具有操作简单、选择性好、吸附效率高、分析速度快、经济、污染少，结果准确等特点（姜虎生,吴南. 纳米氧化锌对废水中Cu2+、Cd2+吸附性能研究[J]. 长春理工大学学报(自然科学版),2008,01:139-141；姚超,刘敏,李为民,陈志刚,张跃,李峰,陈天虎. 凹凸棒石/氧化锌纳米复合材料对亚甲基蓝的吸附性能[J]. 环境科学学报,2010,06:1211-1219；詹国庆,谭龙,岳华,黄君洁. 纳米氧化锌的制备表征及其对Cu(Ⅱ)、Co(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)的吸附[J]. 中南民族大学学报(自然科学版),2007,02:19-21；郝燕,马雪莲,郭贵宝,贾义绩,毕欣,黄江东. 炭吸附纳米氧化锌的制备及其光催化性能研究[J]. 无机盐工业,2015,02:71-74；李丽,王雅萍,丁亚平,赵东升,张芬芬. 纳米氧化锌的合成及其在去除水中铜离子的应用[J]. 功能材料与器件学报,2011,06:533-537）。
青蒿素是从植物黄花蒿叶中提取的有过氧基团的倍半萜内酯药物。以青蒿素类药物为主的联合疗法已经成为世界卫生组织推荐的抗疟疾标准疗法。世卫组织认为，青蒿素联合疗法是目前治疗疟疾最有效的手段，也是抵抗疟疾耐药性效果最好的药物，中国作为抗疟药物青蒿素的发现方及最大生产方，在全球抗击疟疾进程中发挥了重要作用。尤其在疟疾重灾区非洲，青蒿素已经拯救了上百万生命。根据世卫组织的统计数据，自2000年起，撒哈拉以南非洲地区约2.4亿人口受益于青蒿素联合疗法，约150万人因该疗法避免了疟疾导致的死亡。2015年10月，中国女药学家屠呦呦因创制新型抗疟药青蒿素和双氢青蒿素的贡献，与另外两位科学家共享2015年度诺贝尔生理学或医学奖。这是中国生物医学界迄今为止获得的世界级最高级大奖。
青蒿素一个含过氧基团的倍半萜内酯化合物，分子式为C15H22O5，15个碳有7个是手性碳。分子量282.33，组分含量：C 63.81%，H 7.85%，O 28.33%，无色针状晶体，味苦。在丙酮、醋酸乙酯、氯仿、苯及冰醋酸中易溶，在乙醇和乙醇、乙醚及石油醚中可溶解，在水中几乎不溶。 熔点：156-157℃。
活性炭纤维是通过有机纤维制得的新型活性炭材料，是继粉状、颗粒状活性炭之后的第三代活性炭材料，这种吸附材料具有大的比表面积，一般可达到1000-2000m2/g，微孔含量丰富且制备工艺灵活，可方便地加工成纸、布、毡、纱等不同的形状，吸附再生后仍具有良好的吸附效果，在环境领域具有广阔的应用前景。（陶玥,张峰,陈思宇,陈宇岳,乔志.载银活性炭纤维的结构表征与抗菌性能研究[J]. 纺织导报,2014,12:47-50；张峰,窦荣娟,陶玥,马建峰. 载银活性炭纤维的制备及应用性能[J]. 印染,2014,10:17-20；陶玥,张峰,陈宇岳. 载银活性炭纤维的制备及其应用现状[J]. 沙洲职业工学院学报,2013,04:12-15+19；黄丽,刘石彩,朱光真,杨华. 活性炭对挥发性有机化合物的吸附回收研究进展[J]. 生物质化学工程,2016,01:50-56；毛肖娟,席琛,文朝霞,裴润芳. 活性炭纤维吸附性能的研究新进展[J]. 材料导报,2016,07:49-53+73）。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，旨在提供一种活性炭纤维基吸附材料的制备方法。
本发明通过下述技术方案予以实现：
将0.01-100g/L的硝酸银乙醇溶液与1-100g/L的六水合硝酸锌乙醇溶液混合搅拌均匀，缓慢加入青蒿素类药物，搅拌均匀，然后将粘胶纤维浸渍在混合溶液中30-300min，其中所述硝酸银与六水合硝酸锌的质量比为1:1-1:50，所述纳米银与粘胶纤维的质量比为1:1-1:100，然后置于1000瓦的微波炉中加热1-10min，用去离子水反复冲洗干净后烘干，在700-800℃的氮气气氛中炭化处理60分钟得到活性炭纤维基吸附材料。
作为一种优选方案，所述青蒿素类药物包括青蒿素及其衍生物。
作为一种优选方案，所述青蒿素衍生物包括二氢青蒿素、蒿甲醚、青蒿琥酯等。
作为一种优选方案，所述青蒿素类药物与硝酸银的质量比为10:1-1:1。
本发明具有如下有益效果：
与现有技术相比，本发明的优点是：
（1）本发明采用青蒿素类药物作为还原剂，微波一步法制得负载纳米银-氧化锌的粘胶纤维，具备工艺简单、原料来源广泛、反应温和、绿色环保等优点；
（2）采用先负载纳米银-氧化锌技术，不影响负载纳米银-氧化锌活性炭纤维的吸附性能，且经高温炭化、活化的负载纳米银-氧化锌活性炭纤维杂质含量低，纳米颗粒与活性碳纤维结合更加牢固，具本发明制备的活性炭纤维基吸附材料在污水治理和空气净化领域有着广阔的应用前景；
（3）由于纳米银、氧化锌的协同作用，本发明制备得到的活性炭纤维基吸附材料能够有效地去除PM2.5、甲醛、病毒、细菌、螨虫等在内的多种空气污染源和污水中的重金属离子、染料等多种污染源。在污水治理和空气净化领域有着广阔的应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例1：
将1g硝酸银溶解于10mL的乙醇中配置100g/L的硝酸银溶液，1g六水合硝酸锌溶解于10mL的乙醇中配置100g/L的硝酸银溶液，然后缓慢加入2g青蒿素，搅拌均匀，然后将10g粘胶纤维浸渍在混合溶液中30min，置于1000瓦的微波炉中加热1min，用去离子水反复冲洗干净后烘干，在700℃的氮气气氛中炭化处理60分钟得到活性炭纤维基吸附材料。
实施例2：
将1g硝酸银溶解于10mL的乙醇中配置100g/L的硝酸银溶液，10g六水合硝酸锌溶解于200mL的乙醇中配置50g/L的硝酸银溶液，然后缓慢加入4g青蒿素，搅拌均匀，然后将50g粘胶纤维浸渍在混合溶液中100min，置于1000瓦的微波炉中加热5min，用去离子水反复冲洗干净后烘干，在800℃的氮气气氛中炭化处理60分钟得到活性炭纤维基吸附材料。
实施例3：
将1g硝酸银溶解于10mL的乙醇中配置100g/L的硝酸银溶液，20g六水合硝酸锌溶解于1000mL的乙醇中配置20g/L的硝酸银溶液，然后缓慢加入10g青蒿素，搅拌均匀，然后将100g粘胶纤维浸渍在混合溶液中300min，置于1000瓦的微波炉中加热10min，用去离子水反复冲洗干净后烘干，在750℃的氮气气氛中炭化处理60分钟得到活性炭纤维基吸附材料。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (5)

1.一种活性炭纤维基吸附材料的制备方法，其特征在于：
将0.01-100g/L的硝酸银乙醇溶液与1-100g/L的六水合硝酸锌乙醇溶液混合搅拌均匀，缓慢加入青蒿素类药物，搅拌均匀，然后将粘胶纤维浸渍在混合溶液中30-300min，其中所述硝酸银与六水合硝酸锌的质量比为1:1-1:50，所述纳米银与粘胶纤维的质量比为1:1-1:100，然后置于1000瓦的微波炉中加热1-10min，用去离子水反复冲洗干净后烘干，在700-800℃的氮气气氛中炭化处理得到活性炭纤维基吸附材料。
2.根据权利要求1所述的一种活性炭纤维基吸附材料的制备方法，其特征在于，所述青蒿素类药物包括青蒿素及其衍生物。
3.根据权利要求1所述的一种活性炭纤维基吸附材料的制备方法，其特征在于，所述青蒿素衍生物包括二氢青蒿素、蒿甲醚、青蒿琥酯等。
4.根据权利要求1所述的一种活性炭纤维基吸附材料的制备方法，其特征在于，所述青蒿素类药物与硝酸银的质量比为10:1-1:1。
5.根据权利要求1所述的一种活性炭纤维基吸附材料的制备方法，其特征在于，所述炭化处理时间为60min。
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