CN106365141A - 多孔碳材料复合物及其制备方法以及吸附剂、化妆料、净化剂和光催化复合材料 - Google Patents
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- B05D3/04—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by exposure to gases
- B05D3/0466—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by exposure to gases the gas being a non-reacting gas
- B05D3/0473—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by exposure to gases the gas being a non-reacting gas for heating, e.g. vapour heating
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- B05D3/04—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by exposure to gases
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- H—ELECTRICITY
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Abstract
提供一种多孔碳材料复合物,该多孔碳材料复合物由多孔碳材料和功能性材料形成,具有高功能性。所述多孔碳材料复合物由下述物质形成:(A)以硅(Si)含量5重量%以上的植物来源材料作为原料得到的硅(Si)含量1重量%以下的多孔碳材料,以及(B)附着在所述多孔碳材料上的功能性材料,所述多孔碳材料复合物按照氮BET法测定的比表面积值为10m2/g以上,按照BJH法和MP法测定的孔容积为0.1cm3/g以上。
Description
本申请是申请日为2009年9月28日、发明名称为“多孔碳材料复合物及其制备方法以及吸附剂、化妆料、净化剂和光催化复合材料”的申请号为200980101046.X的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及使用植物来源材料作为原料的多孔碳材料复合物及其制备方法,还涉及由该多孔碳材料复合物构成的吸附剂、化妆料、净化剂和光催化复合材料。
背景技术
赋予多孔材料例如磁特性、光吸收特性、发光特性、对特定物质的吸附性等物理、物化性质的功能性材料,由于兼具高比表面积和功能性材料所具有的性质,因此是一种令人感兴趣的材料。此处,作为多孔材料,可举出氧化铝、碳、二氧化硅等。此外,作为具有磁特性、或对光显示特异性反应的特性(为了方便,以下说明中将这种特性称为“光学特性”)、或对特定物质具有吸附性的功能性材料,可举出金属(Fe、Co、Ni、Au、Ag、Pt、Cu)和合金、氧化物(Fe2O3、Fe3O4、TiO2、ZnO2)、化合物(CdS、CdSe、ZnS、CaCO3、Ca(CH3COO)2)等微粒或薄膜、或含有多个氨基的高分子膜和单分子膜。
人们期待这种功能性材料例如在吸附剂、催化剂、能源装置的电极、传感器装置中的应用(例如,参照特开2006-167694)。此外,蔬菜和谷物等植物的未利用部分大多被丢弃,然而,为了保护和改善地球环境,强烈要求有效利用这些未利用部分。作为有效利用这些未利用部分的一个实例,可举出碳化处理。例如根据Dyes and Pigments,Vol 66,2005,pp123-128获知,将通过碳化处理这种植物来源材料制造的碳材料用于色素吸附剂的实例。此外,根据特开2000-211910获知,通过植物材料制备具有脱臭性、离子交换性和催化性的碳化物的方法。
富营养化的湖沼和水塘中,在夏季为主,蓝藻类(微囊藻等)异常繁殖,水表面有时形成好象漂着绿色的粉样的厚厚的一层,这称作“水华”。已知该蓝藻类产生对人体有害的毒素,在众多毒素中应特别提防一种称作“微囊藻毒素LR”的毒素。如果微囊藻毒素LR进入生物体内,会引起肝脏严重损伤,在使用小鼠进行的实验中也报道了其毒性。产生微囊藻毒素LR的有毒水华,在澳大利亚、欧洲和美国的湖泊以及亚洲各地均有生长。受害严重的中国的湖泊中,一年中水华大规模生长的情况仍然存在。而且,由于湖水现被用作饮用水和农业用水,因此湖沼中蓝藻类产生的毒素对确保人类饮用水安全带来了隐患,强烈期望解决此问题。
沸石和活性炭为具有数纳米的非常微细的孔结构的多孔材料,已被应用于各种领域,其功能涉及分离、除去、贮藏、催化等多方面。而且,近年来,期待用作药物释放系统(Drug Delivery System,DDS。也称为药物输送(传递)系统)中的药物载体。
已知过氧化物、羟基自由基、过氧化氢、单重态氧作为广义上的活性氧类,被认为是急性炎症、组织损伤、老化的主要原因。为了应对这些氧化物质,一直以来使用的抗氧化成分例如有维生素C(L-抗坏血酸)、虾青素、辅酶Q10等成分。但是,L-抗坏血酸盐和L-抗坏血酸衍生物等存在稳定性问题,通过单次还原作用,其自身存在被氧化的问题。对此,近年来提出了含有铂纳米胶体的化妆料,该化妆料通过使高活性的铂胶体所具有的双电层作用于皮肤,以起到保护皮肤、活化皮肤角质层的作用(例如,参照特开2005-139102)。纳米铂粒子具有长期抗氧化性、高催化性、在表面的反应性高、可以消除各种活性氧等优点,因此多种化妆品中含有它。
此外,现在市售的化妆水和化妆水含浸面膜(packs soaked with cosmeticwater)中含有多种美容成分,这些美容成分大多为疏水性分子,多数不溶或难溶于水。因此,为了使得这些美容成分可溶,使用多种增溶剂,特别是广泛使用稳定性优良的增溶剂。作为增溶剂,可以使用聚氧乙烯油醚、聚氧乙烯山梨糖醇酐油酸酯、聚氧乙烯氢化蓖麻油等含有聚氧乙烯链的非离子表面活性剂;或月桂基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、肉豆蔻酸钾等阴离子性表面活性剂。
专利文献1:特开2006-167694
专利文献2:特开2000-211910
专利文献3:特开2005-139102
非专利文献1:Dyes and Pigments,Vol 66,2005,pp 123-128
发明内容
如上所述,以植物来源材料作为原料的多孔碳材料与由无机材料形成的功能性材料复合而成的功能性材料已有报道,然而,认为对植物来源材料进行碳化处理的技术仍存在不足,对于基于多孔碳材料的功能性材料(多孔碳材料复合物),需要特性、功能性方面的进一步改进。
对于除去由蓝藻类产生的分子量500以上的毒素,目前使用活性炭的吸附方法中,由于活性炭的孔径小,因此每单位重量的吸附量非常低。即,使用碳材料除去毒素的方法中,需要功能的进一步改进。此外,作为实用化方面的课题,例如有:
[A]确保将伴随水华的处置溶出的毒性成分微囊藻毒素进行无毒化处理的系统;
而且希望满足:
[B]使用的材料等不会对环境造成二次污染;
[C]处理系统经济实用,容易操作,且根据需要可以回收,不会扰乱环境的生态系统等。
药物释放系统(DDS)中,对必要的位点和区域给予必要量的药物是非常重要的。但是,目前的多孔材料虽然吸附特性优良,却不能控制脱附。此外,在各种技术领域、产业领域中,除了药物释放系统外,还要求能够根据温度和湿度等各种外部刺激控制所承载物质释放的机构、构造和结构。
在上述含有铂纳米胶体的化妆品中,为了将纳米铂微粒胶体化,需要使用保护性胶体剂(protective colloid agent),由于粒子表面被包覆,有时不能获得充分的效果。因此,如果不使用表面保护剂而能够将微粒保持在纳米尺寸,则可期待更高的抗氧化作用。
上述化妆水和化妆水含浸面膜中使用的表面活性剂,在安全性方面不一定能够完全满足要求。近年来,还开始研究使用认为比现有的表面活性剂安全性高的高分子化合物的方法,然而,使用这些高分子化合物时,存在增溶工艺复杂、制造成本高等问题。
因此,本发明的目的在于提供一种由多孔碳材料和功能性材料形成的、具有高功能性的多孔碳材料复合物及其制备方法,以及由该多孔碳材料复合物构成的吸附剂、化妆料、净化剂和光催化复合材料。
为实现上述目的,本发明的多孔碳材料复合物包括下述物质:
(A)以硅(Si)含量5重量%以上的植物来源材料作为原料得到的硅(Si)含量1重量%以下的多孔碳材料;以及
(B)附着在所述多孔碳材料上的功能性材料;
所述的多孔碳材料复合物按照氮BET法测定的比表面积值为10m2/g以上,按照BJH法和MP法测定的孔容积为0.1cm3/g以上。
为实现上述目的,本发明的多孔碳材料复合物的制备方法包括下述工序:于800℃~1400℃将植物来源材料碳化后,通过用酸或碱进行处理,得到多孔碳材料,然后使功能性材料附着在所述多孔碳材料上。
为实现上述目的,本发明的吸附剂包括下述物质:
(A)以硅含量5重量%以上的植物来源材料作为原料得到的硅含量1重量%以下的多孔碳材料;以及
(B)附着在所述多孔碳材料上的磁性材料;
所述吸附剂按照氮BET法测定的比表面积值为10m2/g以上,按照BJH法和MP法测定的孔容积为0.1cm3/g以上,所述吸附剂可吸附微囊藻毒素。
为实现上述目的,本发明的光催化复合材料含有多孔碳材料复合物,所述多孔碳材料复合物包括下述物质:
(A)以硅含量5重量%以上的植物来源材料作为原料得到的硅含量1重量%以下的多孔碳材料;以及
(B)附着在所述多孔碳材料上的光催化剂材料;
所述多孔碳材料复合物按照氮BET法测定的比表面积值为10m2/g以上、按照BJH法和MP法测定的孔容积为0.1cm3/g以上。
为实现上述目的,本发明的化妆料含有多孔碳材料复合物,所述多孔碳材料复合物包括下述物质:
(A)以硅含量5重量%以上的植物来源材料作为原料、硅含量1重量%以下的多孔碳材料;以及
(B)附着在所述多孔碳材料上的、具有活性氧去除效果的金属类材料;
所述多孔碳材料复合物按照氮BET法测定的比表面积值为10m2/g以上、按照BJH法和MP法测定的孔容积为0.1cm3/g以上。
为实现上述目的,本发明的净化剂含有多孔碳材料复合物,所述多孔碳材料复合物包括下述物质:
(A)以硅含量5重量%以上的植物来源材料作为原料、硅含量1重量%以下的多孔碳材料;以及
(B)附着在所述多孔碳材料上的光催化剂材料;
所述多孔碳材料复合物按照氮BET法测定的比表面积值为10m2/g以上、按照BJH法和MP法测定的孔容积为0.1cm3/g以上。
本发明的多孔碳材料复合物或根据其制备方法制备的多孔碳材料复合物、本发明的吸附剂、化妆料、净化剂或光催化复合材料中,植物来源材料中含有硅5重量%以上,转化成后述多孔碳材料前体[1]或碳质物质(carbonaceous material)[1]时,通过于800℃~1400℃对植物来源材料进行碳化,植物来源材料中含有的硅未变成碳化硅(SiC),而变成二氧化硅(SiO2)、氧化硅和氧化硅盐(silicon oxide salt)等硅成分(硅氧化物)。因此,后面的工序中通过用酸或碱进行处理,除去二氧化硅、氧化硅和氧化硅盐等硅成分(硅氧化物),结果可得到按照氮BET法测定的高的比表面积值。即,可得到按照氮BET法测定的比表面积值为10m2/g以上、硅含量1重量%以下、按照BJH法和MP法测定的孔容积为0.1cm3/g以上的多孔碳材料。然后,通过使这种多孔碳材料附着功能性材料,有望增加多孔碳材料每单位重量的功能性材料附着量,可得到具有高特性、高功能性的多孔碳材料复合物。
此外,如果使这种多孔碳材料附着磁性材料,有望增加多孔碳材料每单位重量的磁性材料附着量,可得到具有优良特性和高功能性,例如通过磁分离装置能够容易地从水中分离出来的吸附剂。结果,可容易、确保、经济地吸附水华、湖沼水、河川水等中含有的毒性成分微囊藻毒素类,且不会对环境造成二次污染、不会扰乱环境的生态系统。
如上所述,本发明的多孔碳材料为天然物来源的环境相容材料,其微结构可通过用酸或碱处理从而除去作为植物来源材料的原料中预先含有的硅成分(硅氧化物)而得到。因此,该材料的孔具有现有活性炭无法实现的大小和中等范围(2~50nm),此外,孔的排列维持植物所具有的生物体规律。在本发明的光催化复合材料中,通过这样的孔尺寸和排列可将光催化剂材料非常有效地附着在多孔碳材料上,并可通过光催化作用有效地发生分解。此外,在本发明的化妆料中,通过这样的孔尺寸和排列可将具有活性氧去除效果的金属类材料非常有效地负载于多孔碳材料上。因此,例如将纳米铂微粒胶体化,不一定必需使用保护性胶体剂,而对被认为是急性炎症、组织损伤、老化的主要原因的过氧化物、羟基自由基、过氧化氢、单重态氧等活性氧类可发挥高的抗氧化作用。而且,在作为环境净化用材料的本发明的净化剂中,认为这样的孔尺寸和排列在对有害物质的吸附有效发挥作用的同时,还可将光催化剂材料非常有效地附着在多孔碳材料上,并可通过光催化作用有效地将有害物质分解、无毒化。此外,还能促进净化剂内部的有害物质扩散,通过光催化作用更加有效地发生分解,可非常有效地进行水净化和空气净化。
附图说明
图1的(A)和(B)分别表示实施例1的多孔碳材料复合物和比较例1的多孔碳材料中的介孔孔隙分布和微孔孔隙分布。
图2的(A)和(B)分别表示实施例2的多孔碳材料复合物和比较例2的多孔碳材料中的介孔孔隙分布和微孔孔隙分布。
图3的(A)和(B)分别表示实施例3的多孔碳材料复合物和比较例3的多孔碳材料中的介孔孔隙分布和微孔孔隙分布。
图4的(A)和(B)分别表示实施例4的多孔碳材料复合物和比较例4的多孔碳材料中的介孔孔隙分布和微孔孔隙分布。
图5的(A)和(B)分别表示实施例5的多孔碳材料复合物和比较例5的多孔碳材料中的介孔孔隙分布和微孔孔隙分布。
图6的(A)和(B)分别表示实施例6的多孔碳材料复合物和比较例6的多孔碳材料中的介孔孔隙分布和微孔孔隙分布。
图7表示实施例1和实施例2的多孔碳材料复合物以及比较例1和比较例2的多孔碳材料采用粉末X射线衍射法得到的X射线衍射结果图。
图8表示实施例3和实施例4的多孔碳材料复合物以及比较例3和比较例4的多孔碳材料采用粉末X射线衍射法得到的X射线衍射结果图。
图9表示实施例5和实施例6的多孔碳材料复合物以及比较例5和比较例6的多孔碳材料采用粉末X射线衍射法得到的X射线衍射结果图。
图10的(A)和(B)分别表示实施例1的多孔碳材料复合物和比较例1的多孔碳材料的磁化曲线,以及实施例2的多孔碳材料复合物和比较例2的多孔碳材料的磁化曲线。
图11的(A)和(B)分别表示实施例3的多孔碳材料复合物和比较例3的多孔碳材料的紫外可见吸收光谱,以及实施例4的多孔碳材料复合物和比较例4的多孔碳材料的紫外可见吸收光谱。
图12的(A)和(B)分别表示实施例5的多孔碳材料复合物和比较例5的多孔碳材料的磁化曲线,以及实施例6的多孔碳材料复合物和比较例6的多孔碳材料的磁化曲线。
图13的(A)、(B)、(C)和(D)分别表示参考例7、TiO2、实施例7-A和实施例7-B采用粉末X射线衍射法得到的X射线衍射结果图。
图14的(A)、(B)、(C)分别表示参考例7、实施例7-A、实施例7-B的差示热分析的结果图。
图15的(A)和(B)分别表示将实施例7-A、实施例7-B的试样和参考例7添加到甲基橙水溶液中,评价用紫外线照射时,甲基橙分解状态随时间变化的结果图,以及将实施例7-A的试样和TiO2添加到微囊藻毒素水溶液中,评价用紫外线照射时,微囊藻毒素分解状态随时间变化的结果图。
图16为实施例9-A、实施例9-B、比较例9-A、比较例9-B采用粉末X射线衍射法得到的X射线衍射结果图。
图17的(A)和(B)为实施例9-A和比较例9-A的电子显微镜照片。
图18表示实施例9-A、实施例9-B、比较例9-A、比较例9-B的自由基残存率随时间的变化图。
图19表示实施例10的多孔碳材料复合物中,使用茜素绿G作为释放物质,检查照射365nm的紫外线时,605nm处的吸光度随时间变化的结果图。
图20表示实施例10的多孔碳材料复合物中,使用茜素绿G作为释放物质,根据605nm处的吸光度检查释放物质依赖温度的释放状态的结果图。
图21表示实施例10的多孔碳材料复合物中,使用苧烯作为释放物质,检查释放物质依赖湿度的释放状态的结果图。
具体实施方式
下面参考附图,基于实施例对本发明进行说明。本发明并不限于这些实施例,实施例中的各种数值和材料为例示。此外,说明按以下顺序进行。
1.对本发明的多孔碳材料复合物及其制备方法以及吸附剂的一般性说明
2.实施例1(本发明的多孔碳材料复合物及其制备方法)
3.实施例2(实施例1的变型)
4.实施例3(实施例1的另一变型)
5.实施例4(实施例3的变型)
6.实施例5(实施例1的另一变型)
7.实施例6(实施例5的变型)
8.实施例7(实施例1的另一变型、本发明的光催化复合材料和净化剂)
9.实施例8(本发明的吸附剂)
10.实施例9(实施例1的又一变型、其他)
11.实施例10(实施例1的又一变型、其他)
对本发明的多孔碳材料复合物及其制备方法以及吸附剂、化妆料、净化剂和光催
化复合材料的一般性说明
本发明的多孔碳材料复合物不仅可以通过上述本发明的多孔碳材料复合物的制备方法制备,还可以通过下述制备方法得到,所述制备方法包括:在比后面工序中实行的碳化温度低的温度(例如400℃~700℃)下,于无氧状态下将植物来源材料进行加热处理(预碳化处理)后,用酸或碱处理,然后于800℃~1400℃进行碳化,得到多孔碳材料后,在该多孔碳材料上附着功能性材料的工序。此外,为了方便,有时将这种制备方法称为“第二制备方法”,将本发明的多孔碳材料复合物的制备方法称为“第一制备方法”。
在第一制备方法中,用酸或碱处理后,在多孔碳材料上附着功能性材料之前,可包含进行活化处理的工序。此外,在包括这种优选实施方式的第一制备方法中,在将植物来源材料碳化之前,也可以于低于碳化温度的温度(例如400℃~700℃)在无氧状态下对植物来源材料进行加热处理(预碳化处理),这取决于所使用的植物来源材料。通过这种加热处理,或在第二制备方法中,可以提取出将会在碳化过程中生成的焦油成分,从而可减少或除去将会在碳化过程中生成的焦油成分。此外,无氧状态例如可通过采用氮气或氩气等非活性气氛、真空气氛或者使植物来源材料达到一种蒸烤状态来实现。另外,在第一制备方法或第二制备方法中,为了减少植物来源材料中所含的矿物成分和水分,或者为了防止碳化过程中异臭的发生,也可以将植物来源材料浸渍于醇(例如甲醇、乙醇或异丙醇)中,这取决于所使用的植物来源材料。此外,在第一制备方法中,也可在浸渍之后进行预碳化处理。作为可在非活性气体中进行加热处理的优选材料,例如可举出产生大量焦木酸(焦油和轻质油馏份)的植物。另外,作为可进行醇预处理的优选材料,例如可举出含有大量碘和各种矿物的海藻类。在第二制备方法中,碳化后,在多孔碳材料上附着功能性材料之前,可包含进行活化处理的工序。
此外,在包括上述各种优选实施方式的第一制备方法或第二制备方法中,可以为下述实施方式:植物来源材料中的硅(Si)含量为5重量%以上,多孔碳材料的硅(Si)含量为1重量%以下,多孔碳材料复合物按照氮BET法测定的比表面积值为10m2/g以上,按照BJH法和MP法测定的孔容积为0.1cm3/g以上。
包括上述各种优选实施方式的本发明的多孔碳材料复合物或其制备方法、本发明的吸附剂、本发明的化妆料、本发明的净化剂和本发明的光催化复合材料有时统一简称为“本发明”。此外,包括上述优选实施方式的本发明的多孔碳材料复合物或根据其制备方法、第二制备方法得到的多孔碳材料复合物有时统一简称为“本发明的多孔碳材料复合物”。包括上述优选实施方式的本发明的多孔碳材料复合物或根据其制备方法、第二制备方法得到的多孔碳材料复合物、本发明的吸附剂、本发明的化妆料、本发明的净化剂和本发明的光催化复合材料有时统一简称为“本发明的多孔碳材料复合物等”。另外,第一制备方法中,将于800℃~1400℃将植物来源材料碳化之后而在进行酸或碱处理之前获得的材料称为“多孔碳材料前体[1]”或“碳质物质[1]”。此外,第二制备方法中,将预碳化处理之后而在进行酸或碱处理之前获得的材料称为“多孔碳材料前体[2]”。
本发明的多孔碳材料复合物中,功能性材料可以为磁性材料。而且,这种情况下,或在本发明的吸附剂中,希望磁性材料是将选自铁(Fe)、钴(Co)和镍(Ni)构成的组中的至少1种元素作为构成要素。进一步,本发明的多孔碳材料复合物等中,希望在显示磁性的状态下含有磁性材料1重量%以上,优选10重量%以上。多孔碳材料中含有的磁性材料的上限值可根据本发明的多孔碳材料复合物等所要求的特性决定。另外,希望本发明的多孔碳材料复合物等的质量饱和磁化值为1A·m2/kg以上,优选10A·m2/kg以上。此外,作为本发明的多孔碳材料复合物等的质量饱和磁化值的上限值,可以例示为150A·m2/kg。作为磁性材料,更具体地,可举出镍(Ni)、铁(Fe)、钴(Co)等强磁性材料、这些强磁性材料的合金(例如Co-Fe、Co-Fe-Ni、Ni-Fe等)、这些合金中混合有非磁性元素(例如钽、硼、铬、铂、硅、碳、氮、磷等)的合金(例如Co-Fe-B等)、含有Co、Fe、Ni中的1种以上的氧化物(例如铁氧体:Fe-MnO等)、被称作半金属强磁性材料的一组金属间化合物(赫斯勒(Heusler)合金:NiMnSb、Co2MnGe、Co2MnSi、Co2CrAl等)、氧化物(例如(La,Sr)MnO3、CrO2、Fe3O4等)。功能性材料为磁性材料时,作为功能性材料附着在多孔碳材料上的方式,例如有微粒状态下的附着、薄膜状态下的附着。本发明的多孔碳材料复合物被赋予磁性,因此可应用于能够磁诱导的吸附剂、缓释剂、细胞培养支架(交流磁场/温度响应性高分子的表面性控制)、利用所产生磁场的血流促进剂、水净化、土壤净化等用途。
此外,本发明的多孔碳材料复合物中,功能性材料可以为显示光学特性的形态。此处,所谓光学特性是指“表面等离子体吸收”或“半导体的光吸收”。另外,功能性材料可以为由下述物质构成的形态:含有铂(Pt)、钯(Pd)、金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)的贵金属;贵金属合金;氧化钛、氧化锌等氧化物半导体;硫化镉、硫化铅、硒化镉、硒化铅、硒化锌、砷化铟、砷化镓、磷化铟、磷化镓、锑化镓、锑化铟、氧化钛、镧系氧化物等化合物半导体。此外,通过从贵金属或其合金中选择功能性材料,表面等离子体吸收等光学特性可得到发挥,可应用于根据表面等离子体吸收特性(色调)的变化来检测反应的传感器、细胞培养支架(等离子体共振对细胞的影响)。另外,通过从氧化物半导体或化合物半导体中选择功能性材料,半导体的光吸收和发光等光学特性可得到发挥。此外,功能性材料由含有铂(Pt)、钯(Pd)、金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)的贵金属或贵金属合金形成,可赋予多孔碳材料复合物对活性氧类以高的抗氧化作用。另外,作为这些功能性材料附着在多孔碳材料上的方式,例如有微粒状态下的附着、薄膜状态下的附着。
此外,本发明的多孔碳材料复合物中,功能性材料可以为显示光催化特性的形态。此处,功能性材料由铂(Pt)、铂(Pt)和钯(Pd)形成时,作为这些功能性材料附着在多孔碳材料上的方式,例如有微粒状态下的附着、薄膜状态下的附着。多孔碳材料复合物被赋予催化特性,可用作电极材料,也可应用于除去汽车等的内燃机、燃烧装置、发动机等排出气体中的NOx和SOx。此外,功能性材料由氧化钛(TiO2)或氧化锌(ZnO)形成时,作为功能性材料附着在多孔碳材料上的方式,例如有微粒状态下的附着、薄膜状态下的附着。多孔碳材料复合物被赋予电荷分离、紫外线吸收、催化特性,通过光催化效果,可用作能够半永久性使用的有害物质分解剂、有害物质去除剂。
此处,光催化材料(功能性材料)由氧化钛或氧化锌形成,可得到本发明的光催化复合材料或本发明的净化剂。在有害物质的分解、去除中,可举出对本发明的多孔碳材料复合物照射能量线或电磁波(例如紫外线、太阳光或可见光等)的方式。作为有害物质,可举出水中或空气中存在的有害物质,具体例如有微囊藻毒素类、各种病毒和致敏物。本发明的净化剂作为水净化剂或空气净化剂发生作用,例如可用作空气净化装置的过滤器。作为本发明的光催化复合材料或本发明的净化剂的使用形态,例如有片状状态下的使用、充填到柱或筒(cartridge)中的状态下的使用、使用粘合剂等形成所希望的形状的状态下的使用、粉状状态下的使用。
此外,本发明的多孔碳材料复合物中,功能性材料可由外部刺激响应性物质和释放物质形成。即,可控制外部刺激响应性物质因外部刺激发生结构变化,进而可控制释放物质从多孔碳材料上的脱附,所述释放物质被附着、结合、吸附或负载在多孔碳材料(有些情况也可为外部刺激响应性物质)上。而且,这种外部刺激响应性物质形成的功能性材料,例如可对必要的部位给予仅仅是必要量的药物。由高分子材料或低聚物制成的外部刺激响应性物质,受到来自外部的刺激后,其结构发生变化。并且,本发明的多孔碳材料具有现有活性炭无法实现的大小和中等范围(2~50nm)的孔,可充分反映外部刺激响应性物质响应外部刺激时所发生的变化,基于此变化,可释放应释放的物质(释放物质)。另一方面,现有活性炭和沸石等多孔材料,孔尺寸过于微小,不能充分反映外部刺激响应性物质响应外部刺激时所发生的变化。此处,假定作为物理性外部刺激为光时,作为外部刺激响应性物质的光响应性物质,可举出偶氮苯、香豆素和重氮萘醌化合物。此外,假定作为物理性外部刺激为温度时,作为外部刺激响应性物质的温度响应性物质,可举出聚-N-异丙基丙烯酰胺(IPAAm)、聚氧乙烯(例如分子量1000~2000的聚氧乙烯,PEO1000~2000)、明胶。另外,假定作为物理性外部刺激为湿度时,作为外部刺激响应性物质的湿度响应性物质,可举出聚乙二醇、透明质酸。此外,假定作为化学性外部刺激为pH时,作为外部刺激响应性物质的pH响应性物质,可举出含有羧基、氨基等酸解离官能团的聚合物。另外,假定作为化学性外部刺激为离子强度时,作为外部刺激响应性物质的离子强度响应性物质,可举出含有羧基、氨基等可与金属离子进行离子交换的官能团的聚合物。
作为释放物质,可举出DDS载体所负载的药物、经皮吸收药物、细胞培养支架材料、化妆料成分、具有保湿效果和/或抗氧化效果的成分、芳香剂。更具体地,作为DDS载体所负载的药物,可举出吗啡和抗癌剂等。作为经皮吸收药物,可举出用于心绞痛的硝酸甘油和硝酸异山梨酯、哮喘药妥洛特罗(tulobuterol)、戒烟用的尼古丁贴片。此外,作为细胞培养支架材料,可举出酪蛋白、葡萄糖等针对细胞的营养成分。另外,作为化妆料成分,可举出具有疏水性美容成分的物质(例如黄豆苷元、染料木黄酮)。作为具有保湿效果和/或抗氧化效果的成分,可举出透明质酸、虾青素、生育酚、Trolox、辅酶Q10等化妆水中含有的有效成分。此外,作为芳香剂,可举出苧烯、薄荷醇、沉香醇、香草醛等。例如,将这些释放物质制成液状,浸渍多孔碳材料并干燥,然后将这些外部刺激响应性物质制成液状,浸渍附着、结合、吸附了释放物质的多孔碳材料并干燥,可获得多孔碳材料复合物,然而并不限于这种方法。
经皮吸收作为相对副作用小的给药方法而有效,但是对于目前的经皮吸收药物的持续性来说未必充分。将通过在体温附近发生结构变化的高分子(温度响应性物质或体温响应性物质)修饰多孔碳材料得到的多孔碳材料复合物作为经皮吸收药物的载体非常有用,从通过体温温暖的部位缓慢释放出作为经皮吸收药物的释放物质,具有改进缓释性的优良特性。
现在市售的化妆水和化妆水含浸面膜等各种化妆料等中含有多种美容成分,这些美容成分大多为疏水性分子,多数不溶或难溶于水。此处,与现有技术不同,释放物质附着在多孔碳材料上,不需要使用表面活性剂或高分子化合物。而且,为了使保持的释放物质(化妆料成分或具有保湿效果和/或抗氧化效果的成分)在各种化妆品等的使用时被释放出来,对于通过用在体温附近发生结构变化的高分子(温度响应性物质或湿度响应性物质)修饰多孔碳材料而得到的多孔碳材料复合物,非常优选负载作为化妆料成分或具有保湿效果和/或抗氧化效果的成分的释放物质的材料。此外,既具有清洁效果,还能够除去汗、油脂、口红等污垢成分。作为污垢成分,具体例如指以脂肪酸甘油酯作为成分的油脂和皮脂;单纯脂质、复合脂质、衍生脂质等脂质;作为蜡等构成成分的有机酸、特别是人的肌肤表面存在的全部油分(广义上的脂肪酸),还指饱和脂肪酸、不饱和脂肪酸等具有直链或支链的脂肪酸、或具有环状结构的狭义上的脂肪酸。作为脂肪酸,具体可举出油酸、硬脂酸、肉豆蔻酸、角鲨烯(属于萜类的油脂)、胆固醇(由角鲨烯生物合成而得)、单硬脂酸甘油酯。此外,作为口红等中含有的色素,具体可举出含有立索尔宝红BCA(Lithol Rubin BCA)(红色202号)的全部法定色素(焦油色素)。
多孔碳材料作为细胞培养的支架材料有用。本文中,从加热到培养温度37℃左右的支架材料中缓缓释放出作为培养所需成分的释放物质非常重要。因此,将通过在体温附近发生结构变化的高分子(温度响应性物质)修饰多孔碳材料得到的多孔碳材料复合物作为细胞培养支架材料是非常优选的材料。
现在,具有高持续性的芳香剂在市场上销售比较多,但是对外部刺激响应的芳香剂还不存在。通过因温度或湿度发生结构变化的高分子修饰多孔碳材料得到的多孔碳材料复合物,例如,在使人感觉不适的温度或湿度高的环境下,可释放出具有放松心情效果的芳香剂(释放物质)。
此外,本发明的多孔碳材料复合物中,功能性材料可由具有保湿效果和/或抗氧化效果的成分(或美容成分)构成。本文中,作为具有保湿效果和/或抗氧化效果的成分,可举出透明质酸、虾青素、生育酚、Trolox、辅酶Q10、胶原蛋白,这些成分原来例如已含在化妆水中。此外,在这种多孔碳材料复合物,既具有清洁效果,还能够除去汗、油脂、口红等污垢成分。
本发明的化妆料中,作为具有活性氧去除效果的金属类材料(去除活性氧的金属类材料),例如可举出铂纳米粒子。此外,本发明的化妆料既具有清洁效果,还能够除去汗、油脂、口红等污垢成分。
此外,本发明的多孔碳材料复合物中,功能性材料可以是对特定物质显示选择吸附性或结合性的形态。而且,这种情况下,功能性材料可以是由与磷结合析出的化合物(例如碳酸钙或醋酸钙)、或具有吸附磷的位点的分子膜(例如具有氨基的高分子膜,具体例如有盐酸司维拉姆;具有氨基的单分子膜,具体例如有3-氨基丙基三乙氧基硅烷)构成的形态。
包括上述各种优选实施方式的本发明的多孔碳材料复合物等中,作为植物来源材料,可举出大米(水稻)、大麦、小麦、黑麦、稗子、小米等的稻壳或秸秆、或芦苇、裙带菜茎。然而,植物来源材料不限于这些材料,其他例如还可举出生长在陆地上的维管类植物、蕨类植物、藓类植物、藻类和海草。此外,作为原料,这些材料可单独使用或多种组合使用。另外,对植物来源材料的形状或形态没有特殊要求。例如,稻壳或秸秆可原样使用或者可以干制品形式使用。在诸如啤酒或西洋酒等饮食品加工中,也可使用经过诸如发酵处理、焙烤处理和提取处理等各种处理的植物来源材料。特别是从实现工业废弃物资源化利用的观点出发,优选使用经过脱粒等加工后的秸秆或稻壳。这些加工后的秸秆或稻壳可容易地从例如农业合作社、酿酒公司或食品公司大量获得。
本发明的多孔碳材料复合物等中,作为功能性材料附着在多孔碳材料上的形态,可举出在多孔碳材料的表面(包括孔内)以微粒附着的状态、呈薄膜状附着的状态、呈海/岛状(将多孔碳材料的表面假设为“海”时,则功能性材料相当于“岛”)附着的状态,这取决于功能性材料的种类、构成、结构和形态。另外,所谓附着是指异种材料之间的粘着现象。作为多孔碳材料附着功能性材料的方法,可举出在含有功能性材料的溶液中浸渍多孔碳材料而使多孔碳材料的表面析出功能性材料的方法、采用无电镀法(electroless platingprocess)(化学镀法)或化学还原反应使多孔碳材料的表面析出功能性材料的方法、在含有功能性材料前体的溶液中浸渍多孔碳材料并通过热处理而使多孔碳材料的表面析出功能性材料的方法、在含有功能性材料前体的溶液中浸渍多孔碳材料并通过超声波照射处理而使多孔碳材料的表面析出功能性材料的方法、在含有功能性材料前体的溶液中浸渍多孔碳材料并通过进行溶胶-凝胶反应而使多孔碳材料的表面析出功能性材料的方法。
在第一制备方法或第二制备方法中,于800℃~1400℃将植物来源材料碳化。此处所谓碳化通常表示对有机物质(本发明中为植物来源材料)进行热处理以将其转化为碳质物质(例如参照JIS M0104-1984)。此外,作为碳化的气氛,可举出无氧气氛。具体可举出真空气氛、氮气或氩气等非活性气氛、使植物来源材料达到一种蒸烤状态的气氛。作为在所述气氛下达到碳化温度的升温速度,可举出1℃/分钟以上,优选3℃/分钟以上,更加优选5℃/分钟以上。另外,作为碳化时间的上限,可举出10小时,优选7小时,更加优选5小时,但所述上限不限于这些时间。碳化时间的下限可以是能够确保植物来源材料碳化的时间。此外,可根据需要将植物来源材料粉碎成所需的粒度,还可进一步进行筛分。此外,可预先对植物来源材料进行清洗。
如上所述,第一制备方法中用酸或碱处理之后,或者第二制备方法中碳化后,在多孔碳材料上附着功能性材料之前,进行活化处理可增加孔径小于2nm的微孔(本文随后将进行描述)。作为活化处理的方法,可举出气体活化方法和药品活化方法。此处的气体活化方法是指下述方法:使用氧气、水蒸汽、二氧化碳气体、空气等作为活化剂,在此气体气氛下,于700℃~1000℃加热多孔碳材料几十分钟至数小时,从而通过多孔碳材料中的挥发性成分和碳分子来形成微结构。此外,可根据植物来源材料的种类、气体的种类和浓度等适当选择加热温度,优选为800℃~950℃。药品活化方法是指下述方法:使用氯化锌、氯化铁、磷酸钙、氢氧化钙、碳酸镁、碳酸钾、硫酸等代替气体活化方法中使用的氧气或水蒸汽,发挥活化作用,用盐酸洗涤,用碱性水溶液调节pH,并进行干燥。
在第一制备方法或第二制备方法中,通过用酸或碱进行处理,除去碳化后的植物来源材料中的硅成分。此处作为硅成分,可举出二氧化硅、氧化硅和氧化硅盐等硅氧化物。这样,通过除去碳化后的植物来源材料中的硅成分,可得到具有高比表面积的多孔碳材料,从而可有望增加每单位重量多孔碳材料所附着的功能性材料的量。
关于本发明的吸附剂,可应用包括上述实施方式的本发明的多孔碳材料复合物、本发明的多孔碳材料复合物的本发明的多孔碳材料、包括上述优选实施方式的第一制备方法或第二制备方法。
本发明的多孔碳材料等中,可包含镁(Mg)、钾(K)、钙(Ca)、磷(P)和硫(S)等非金属元素、或过渡元素等金属元素。例如,镁(Mg)含量为0.01重量%~3重量%,钾(K)含量为0.01重量%~3重量%,钙(Ca)含量为0.05重量%~3重量%,磷(P)含量为0.01重量%~3重量%,硫(S)含量为0.01重量%~3重量%。此外,从增大比表面积值的观点考虑,这些元素的含量越低越好,但这会因本发明的多孔碳材料复合物等的使用用途而异。显然,多孔碳材料中还可含有除上述元素以外的元素,上述各种元素的含量范围可根据本发明的多孔碳材料复合物等的使用用途而改变。
本发明中,可使用例如能量分散型X射线分析装置(例如日本电子株式会社制造的JED-2200F),通过能量分散光谱法(EDS)对各种元素进行分析。此处,作为测定条件,例如可将扫描电压、辐射电流分别设定为15kV和10μA。
本发明的多孔碳材料复合物等具有大量孔。所包含的孔为孔径2nm~50nm的“介孔”和孔径小于2nm的“微孔”。具体地,作为介孔,例如包含大量孔径在20nm以下的孔,特别是包含大量孔径在10nm以下的孔。另外,作为微孔,例如包含大量孔径为约1.9nm的孔、孔径为约1.5nm的孔和孔径为约0.8nm~1nm的孔。在本发明的多孔碳材料复合物等中,按照BJH法和MP法测定的孔容积为0.1cm3/g以上,更加优选为0.3cm3/g以上。
本发明的多孔碳材料复合物等中,期望按照氮BET法测定的比表面积值(以下有时简称为“比表面积值”)优选为50m2/g以上,更加优选为100m2/g以上,更进一步优选为400m2/g以上,以获得更好的功能性。
所谓“氮BET法”是指如下方法:通过将氮作为吸附分子在吸附剂(本文为多孔碳材料复合物)上吸附和脱附,测定吸附等温线,并根据式(1)所示的BET方程分析测定的数据,根据此方法,可计算得到比表面积和孔容积等。具体地,在通过氮BET法计算比表面积值时,首先通过将氮作为吸附分子在吸附剂(多孔碳材料复合物)上吸附和脱附,求出吸附等温线。根据所得吸附等温线,基于式(1)或式(1)变形推导得出的式(1’),计算[p/{Va(p0-p)}],并绘制与平衡相对压力(p/p0)的关系曲线。假定这些关系曲线为直线,基于最小二乘法计算斜率s(=[(C-1)/(C·Vm)])和截距i(=[1/(C·Vm)])。根据由此求出的斜率s和截距i,基于式(2-1)和式(2-2)计算Vm和C。此外,根据Vm,基于式(3)计算比表面积asBET(参照日本BEL株式会社制造的BELSORP-mini和BELSORP分析软件手册第62-66页)。此外,该氮BET法为根据JIS R 1626-1996“BET法进行气体吸附测定细陶瓷粉末比表面积的方法”(Measuringmethods for the specific surface area of fine ceramic powders by gasadsorption using the BET method)的测定方法。
Va=(Vm·C·p)/[(p0-p){1+(C-1)(p/p0)}](1)
[p/{Va(p0-p)}]=[(C-1)/(C·Vm)](p/p0)+[1/(C·Vm)] (1’)
Vm=1/(s+i) (2-1)
C=(s/i)+1 (2-2)
asBET=(Vm·L·σ)/22414 (3)
其中
Va:吸附量
Vm:单分子层的吸附量
p:平衡时的氮气压力
p0:氮气的饱和蒸气压
L:阿伏伽德罗常数
σ:氮气的吸附截面积
在通过氮BET法计算孔容积Vp时,例如通过线性内插所得吸附等温线的吸附数据,求出相对压力下(为计算孔容积而预先设定的相对压力)的吸附量V。根据该吸附量V,基于式(4)可计算孔容积Vp(参照日本BEL株式会社制造的BELSORP-mini和BELSORP分析软件手册第62-65页)。此外,下文中,基于氮BET法的孔容积有时简称为“孔容积”。
Vp=(V/22414)×(Mg/ρg) (4)
其中
V:相对压力下的吸附量
Mg:氮气的分子量
ρg:氮气的密度
例如可基于BJH法,根据孔容积相对孔径的变化率,按照孔隙分布计算得到介孔的孔径。BJH法是一种广泛用作孔隙分布分析法的方法。在基于BJH法进行孔隙分布分析时,通过使作为吸附分子的氮在吸附剂(多孔碳材料复合物)上吸附和脱附,首先求出脱附等温线。基于所求出的脱附等温线,求出吸附分子(例如氮)从填充孔隙的状态逐步脱附时吸附层的厚度和脱附时形成的孔隙的内径(芯半径的2倍)。基于式(5)计算孔半径rp,基于式(6)计算孔容积。然后,可根据孔半径和孔容积绘制孔容积变化率(dVp/drp)与孔径(2rp)的关系曲线,得到孔隙分布曲线(参照日本BEL株式会社制造的BELSORP-mini和BELSORP分析软件手册第85-88页)。
rp=t+rk (5)
Vpn=Rn·dVn-Rn·dtn·c·∑Apj (6)
其中Rn=rpn 2/(rkn-1+dtn)2 (7)
其中
rp:孔半径
rk:在孔半径为rp的孔的内壁压力下,吸附厚度为t的吸附层时的芯半径(内径/2)
Vpn:发生氮的第n次脱附时的孔容积
dVn:脱附发生时的变化量
dtn:发生氮的第n次脱附时,吸附层厚度tn的变化量
rkn:发生氮的第n次脱附时的芯半径
c:固定值
rpn:发生氮的第n次脱附时的孔半径
此外,∑Apj表示从j=1至j=n-1的孔壁面积的累积值。
例如,可基于MP法根据孔容积相对孔径的变化率,按照孔隙分布计算微孔的孔径。在基于MP法进行孔隙分布分析时,通过使氮吸附在吸附剂(多孔碳材料复合物)上,首先求出吸附等温线。然后将该吸附等温线转换为孔容积与吸附层厚度t的关系(相对于t绘制曲线)。根据关系曲线的曲率(孔容积的变化量相对于吸附层厚度t的变化量),可得到孔隙分布曲线(参照日本BEL株式会社制造的BELSORP-mini和BELSORP分析软件手册第72-73页和第82页)。
此外,多孔碳材料的形成是在采用压汞法的孔隙分布中,在1×10-7m~5×10-6m范围内有峰,且在采用BJH法的孔隙分布中,在2nm~20nm范围内有峰。而且这种情况下,更加优选的形成是在采用压汞法的孔隙分布中,在2×10-7m~2×10-6m范围内有峰,且在采用BJH法的孔隙分布中,在2nm~10nm范围内有峰。
利用酸或碱对多孔碳材料前体[1]和[2]进行处理。作为具体的处理方法,例如可举出将多孔碳材料前体[1]和[2]浸于酸或碱的水溶液的方法、或者使多孔碳材料前体[1]和[2]与酸或碱在气相下反应的方法。更具体地,当利用酸进行处理时,作为酸,例如可以是氟化氢、氢氟酸、氟化铵、氟化钙或氟化钠等显示酸性的氟化合物。当使用氟化合物时,要求氟元素量为多孔碳材料前体[1]和[2]所含硅成分中硅元素量的4倍,氟化合物水溶液的浓度优选为10重量%以上。当利用氢氟酸去除多孔碳材料前体[1]和[2]中所含的硅成分(例如二氧化硅)时,如化学方程式(A)或化学方程式(B)所示,二氧化硅与氢氟酸进行反应,并以六氟硅酸(H2SiF6)或四氟化硅(SiF4)形式被除去,从而可得到多孔碳材料。然后需要进行洗涤和干燥。
SiO2+6HF→H2SiF6+2H2O (A)
SiO2+4HF→SiF4+2H2O (B)
此外,当利用碱进行处理时,作为碱,例如可举出氢氧化钠。当使用碱的水溶液时,要求该水溶液的pH为11以上。当利用氢氧化钠水溶液去除多孔碳材料前体[1]和[2]中所含的硅成分(例如二氧化硅)时,加热氢氧化钠水溶液使二氧化硅按照化学方程式(C)进行反应,并以硅酸钠(Na2SiO3)形式将二氧化硅除去,从而可得到多孔碳材料。此外,当氢氧化钠在气相下反应来进行处理时,加热固体氢氧化钠引发如化学方程式(C)所示的反应,并以硅酸钠(Na2SiO3)形式将二氧化硅除去,从而可得到多孔碳材料。然后需要进行洗涤和干燥。
SiO2+2NaOH→Na2SiO3+H2O (C)
除了上述用途以外,本发明的多孔碳材料复合物例如还可广泛用作吸附色素的吸附剂、吸附毒素的吸附剂、药物载体、水净化剂、土壤净化剂、可促进特定反应的催化剂、根据吸附某种物质后颜色发生变化来检测这种物质的存在的一种传感器。将碳酸钙、醋酸钙、或含有多个氨基的高分子膜或单分子膜等用作功能性材料,也可以用作利用与磷结合的磷吸附剂或磷吸附药。上述材料例如通过与具有磁性的功能性(无机)材料复合化,可利用磁力进行回收或移动。
实施例
实施例1
实施例1涉及本发明的多孔碳材料复合物及本发明的多孔碳材料复合物的制备方法。实施例1的多孔碳材料复合物由下述物质构成:
(A)以硅(Si)含量5重量%以上的植物来源材料作为原料得到的硅(Si)含量1重量%以下的多孔碳材料;以及
(B)附着在所述多孔碳材料上的功能性材料;
所述多孔碳材料复合物按照氮BET法测定的比表面积值为10m2/g以上,按照BJH法和MP法测定的孔容积为0.1cm3/g以上。
在实施例1中,将大米(水稻)的稻壳用作多孔碳材料原料的植物来源材料。通过将作为原料的稻壳碳化转化成碳质物质[1](多孔碳材料前体[1]),然后进行酸处理,得到实施例1的多孔碳材料。得到多孔碳材料后,通过在多孔碳材料上附着功能性材料,可得到多孔碳材料复合物。具体地,在实施例1中,功能性材料由含有微量氧化铁(Fe3O4)的铁等无机材料构成,以微粒的形态、形状附着在多孔碳材料表面(包括孔隙内)。
[工序-100]
在制备实施例1的多孔碳材料复合物时,首先,于800℃~1400℃将植物来源材料碳化后,用酸或碱进行处理,得到多孔碳材料。即,首先在非活性气体中对经粉碎的稻壳(产于鹿儿岛县的Isehikari品种的稻壳)进行加热处理(预碳化处理)。具体地,在氮气流中,于500℃加热稻壳5小时,使其碳化,从而得到碳化物。此外,通过进行这种处理,可减少或去除将会在随后的碳化中生成的焦油成分。接着,将10g该碳化物放入氧化铝制坩埚,并在氮气流中(10L/分钟)以5℃/分钟的升温速度加热到800℃。然后于800℃碳化1小时,转化成碳质物质[1](多孔碳材料前体[1])后,冷却至室温。另外,在碳化和冷却过程中,使氮气持续流动。然后,将该多孔碳材料前体[1]在46体积%的氢氟酸水溶液中浸渍一晚以进行酸处理,然后用水和乙醇洗涤,直至达到pH 7。最后,于120℃干燥,可得到多孔碳材料。
[工序-110]
然后,在所得多孔碳材料上附着功能性材料。此外,以下将在多孔碳材料上附着功能性材料的处理称为“复合化处理”。具体地,将多孔碳材料在浓度0.5mol/L、温度25℃的氯化铁水溶液中浸渍24小时后,水洗,并在氮气气氛下于750℃加热处理3小时。
使用与实施例1中相同的多孔碳材料(未进行复合化处理),作为比较例1供各种试验用。
对于实施例1的多孔碳材料复合物和比较例1的多孔碳材料,测定了它们的比表面积的值和孔容积,得到表1所示的结果。此外,对于实施例1的多孔碳材料复合物和比较例1的多孔碳材料,测定了它们的介孔和微孔的孔径分布,得到图1中的(A)和图1中的(B)所示的结果。
使用BELSORP-mini(日本BEL株式会社制造)作为测定仪器进行氮吸脱附试验,以求出比表面积的值和孔容积。作为测定条件,将测定平衡相对压力(p/p0)设定为0.15~0.975。基于BELSORP分析软件,计算比表面积的值和孔容积。此外,使用上述测定仪器进行氮吸脱附试验,并基于BJH法和MP法,通过BELSORP分析软件,计算介孔和微孔的孔径分布。另外,在后述实施例和比较例中,通过相同的方法测定比表面积的值、孔容积、介孔和微孔的孔径分布。
在进行了复合化处理的实施例1的多孔碳材料复合物中,比表面积的值和孔容积比未进行复合化处理的比较例1的多孔碳材料的小。认为这是由于通过进行复合化处理,多孔碳材料的孔隙因功能性材料(磁性微粒)的附着(析出)而堵塞,或因功能性材料的附着(析出)而重量增加所引起的。
根据图1中的(A)和图1中的(B)的孔隙分布曲线,发现孔容积全部减少,特别是在图1中的(B)所示的微孔区域中,确认与比较例1相比,实施例1中孔容积显著减少。认为这是由于功能性材料的析出所引起的。
对实施例1的多孔碳材料复合物和比较例1的多孔碳材料进行元素分析,得到表2所示的结果。另外,使用能量分散型X射线分析装置(日本电子株式会社制造的JED-2200F)作为元素分析的测定仪器,通过能量分散光谱法(EDS)定量分析各元素,然后按照重量百分比(重量%)计算各元素含量。作为测定条件,将扫描电压和辐射电流分别设定为15kV和10μA。在以下的实施例和比较例的测定中,进行同样的设定。
比较例1中Fe含量为0.01重量%以下。而实施例1中Fe含量增加到15.7重量%。认为这是由于通过复合化处理,含铁相析出所引起的。
进一步,采用粉末X射线衍射法对实施例1的多孔碳材料复合物和比较例1的多孔碳材料进行了评价,结果如图7所示。这里,使用Rigaku株式会社制造的X射线衍射装置(RINT-TTRII),利用Cu-Kα辐射作为X射线源。波长为0.15405nm。此外,将外加电压设定为50千伏,将扫描步进设定为0.04°。在以下的实施例和比较例的测定中,进行同样的设定。
根据X射线衍射图谱可知,实施例1中形成的主相为金属铁。此外,除了金属铁外,还观测到来自氧化铁的弱的衍射峰。另一方面,复合化处理前(参照比较例1)在2θ=24°附近观测到的碳(002)面的宽衍射峰,复合化处理后(参照实施例1)在2θ=26°附近观测到比较尖锐的峰。由此暗示,通过复合化热处理,促进了多孔碳材料层状结构的形成。
对实施例1的多孔碳材料复合物和比较例1的多孔碳材料的磁化曲线进行评价,得到的磁化曲线如图10中的(A)所示。这里,使用LakeShore公司制造的振动样品磁力计(MODEL 4500)测定磁化曲线。在以下的实施例和比较例的测定中,进行同样的设定。
比较例1的多孔碳材料几乎是非磁性的。另一方面,在进行了复合化处理的实施例1的多孔碳材料复合物中,确认质量饱和磁化值大幅增加,显示约38A·m2/kg的饱和磁化值,表明多孔碳材料复合物被赋予了磁特性。
此外,实施例1的多孔碳材料复合物中,硅(Si)含量明显减少,从而暗示了通过用酸处理多孔碳材料前体[1],除去了所包含的二氧化硅等硅成分,并有利于提高比表面积值。另外,通过用酸进行处理,确认介孔和微孔增加。后述实施例也同样如此。此外,对于用氢氧化钠水溶液等碱替换氢氟酸水溶液进行处理所得到的多孔碳材料,也获得了相同的结果。
另外,[工序-100]中得到的多孔碳材料(以下称为“多孔碳材料-A”)的比表面积和孔容积的测定结果如下。此外,接着[工序-100],在水蒸汽气流中于900℃加热2小时和3小时进行活化处理所得到的多孔碳材料(以下称为“多孔碳材料-B”和“多孔碳材料-C”)的比表面积和孔容积的测定结果如下。
[多孔碳材料-A]
比表面积:589m2/g
孔容积:0.60cm3/g
[多孔碳材料-B]
比表面积:930m2/g
孔容积:0.80cm3/g
[多孔碳材料-C]
比表面积:1309m2/g
孔容积:1.16cm3/g
对多孔碳材料-A、多孔碳材料-B和多孔碳材料-C吸附多少吲哚(数均分子量:117)进行了测定。具体地,使用吲哚和pH 7.3的磷酸缓冲液,配制4.234×10-4mol/L水溶液。然后,在配制的水溶液40.0mL中,添加0.010g多孔碳材料-A、多孔碳材料-B和多孔碳材料-C,于37±2℃振荡1小时。振荡后,使用具有500μm孔隙的聚四氟乙烯制成的膜滤器,从水溶液中除去多孔碳材料-A、多孔碳材料-B和多孔碳材料-C。通过紫外可见吸光度测定法测定滤液的吸光度,求出水溶液的摩尔浓度。另外,通过与吸附前原始水溶液的摩尔浓度相比较,计算出吸附量。基于下式计算每克多孔碳材料的吸附量。
(每克多孔碳材料的吸附量)=(溶质的分子量)×{(吸附前水溶液的摩尔浓度)-(吸附后水溶液的摩尔浓度)}/(每1000mL多孔碳材料的量)
此外,为进行参考,作为参考例,使用作为以石油沥青(petroleum pitch)为原料的Kremezin(Kureha株式会社制造,比表面积1079m2/g、孔容积0.60cm3/g)的活性炭,测定每克的吸附量。
吸附量的测定结果如下。即,多孔碳材料-A、多孔碳材料-B和多孔碳材料-C显示比Kremezin高的吸附性。
多孔碳材料-A:58.98(mg)
多孔碳材料-B:167.25(mg)
多孔碳材料-C:205.81(mg)
Kremezin:32.88(mg)
实施例2
实施例2是实施例1的变型。在实施例2中,接着实施例1中的[工序-100],在水蒸汽气流中于900℃加热3小时,进行活化处理。然后,进行与实施例1中的[工序-110]相同的复合化处理。
使用与实施例2中相同的多孔碳材料(未进行复合化处理),作为比较例2供各种试验用。
对于实施例2的多孔碳材料复合物和比较例2的多孔碳材料,测定了它们的比表面积的值和孔容积,得到表1所示的结果。此外,测定了它们的介孔和微孔的孔径分布,得到图2中的(A)和图2中的(B)所示的结果。
在进行了复合化处理的实施例2的多孔碳材料复合物中,比表面积的值和孔容积比实施例1和比较例1的大,但比比较例2的多孔碳材料的小。认为这是由于通过进行复合化处理,多孔碳材料的孔隙因功能性材料(磁性微粒)的附着(析出)而堵塞,或因功能性材料的附着(析出)而重量增加所引起的。此外,通过活化处理,比表面积的值和孔容积增加。根据图2中的(A)和图2中的(B)的孔隙分布曲线,特别是在图2中的(B)所示的微孔区域中,确认与比较例2相比,实施例2的孔容积减少。认为这是由于功能性材料的析出所引起的。
对实施例2的多孔碳材料复合物和比较例2的多孔碳材料进行元素分析,得到表2所示的结果。此处,比较例2中,Fe含量为0.13重量%。而实施例2中,Fe含量增加到11.4重量%。认为这是由于通过复合化处理,含铁相析出所引起的。
进一步,采用粉末X射线衍射法对实施例2的多孔碳材料复合物和比较例2的多孔碳材料进行了评价,结果如图7所示。根据X射线衍射图谱可知,实施例2中形成的主相为金属铁。此外,除了金属铁外,还观测到来自氧化铁的弱的衍射峰。另一方面,复合化处理前(参照比较例2)在2θ=24°附近观测到的碳(002)面的宽衍射峰,复合化处理后(参照实施例2)在2θ=26°附近观测到尖锐的峰。由此暗示,通过复合化热处理,促进了多孔碳材料层状结构的形成。
对实施例2的多孔碳材料复合物和比较例2的多孔碳材料的磁化曲线进行评价,得到的磁化曲线如图10中的(B)所示。比较例2的多孔碳材料几乎是非磁性的。另一方面,在进行了复合化处理的实施例2的多孔碳材料复合物中,确认质量饱和磁化值大幅增加,显示约50A·m2/kg的饱和磁化值,表明多孔碳材料复合物被赋予了磁特性。
实施例3
实施例3也是实施例1的变型。在实施例3中,功能性材料由金属制成,具体地由金(Au)制成,更具体地由金纳米粒子制成。在实施例3中,进行实施例1的[工序-100]之后,在所得多孔碳材料上附着功能性材料,具体地,作为复合化处理,在含有浓度0.875mol/L的柠檬酸钠的、浓度为0.25mol/L的氯金酸水溶液中,加入多孔碳材料后,煮沸20分钟。然后过滤并充分水洗。
使用与实施例3中相同的多孔碳材料(未进行复合化处理),作为比较例3供各种试验用。
对于实施例3的多孔碳材料复合物和比较例3的多孔碳材料,测定了它们的比表面积的值和孔容积,得到表1所示的结果。此外,测定了它们的介孔和微孔的孔径分布,得到图3中的(A)和图3中的(B)所示的结果。
在进行了复合化处理的实施例3的多孔碳材料复合物中,比表面积的值和孔容积比比较例3的多孔碳材料的小。认为这是由于通过进行复合化处理,多孔碳材料的孔隙因功能性材料(金纳米粒子)的附着(析出)而堵塞,或因功能性材料的附着(析出)而重量增加所引起的。此外,根据图3中的(A)和图3中的(B)的孔隙分布曲线,在总孔径区域中,确认与比较例3相比,实施例3的孔容积减少。认为这是由于金纳米粒子的析出所引起的。
对实施例3的多孔碳材料复合物和比较例3的多孔碳材料进行元素分析,得到表2所示的结果。比较例3中,Au含量为0.01重量%以下。而实施例3中Au含量增加到11.5重量%。由此认为,通过复合化处理,金纳米粒子在多孔碳材料的表面析出。
进一步,采用粉末X射线衍射法对实施例3的多孔碳材料复合物和比较例3的多孔碳材料进行了评价,结果如图8所示。根据X射线衍射图谱可知,实施例3中形成的主相为金。
此外,评价了紫外可见吸收光谱,结果如图11中的(A)所示。在530nm附近,确认有认为是来自金纳米粒子特有的表面等离子体吸收的吸收带。这也表明金纳米粒子在多孔碳材料的表面析出,并形成多孔碳材料复合物。
实施例4
实施例4是实施例3的变型。在实施例4中,在复合化处理之前,在水蒸汽气流中于900℃加热3小时,进行活化处理。然后,进行与实施例3相同的复合化处理。
使用与实施例4中相同的多孔碳材料(未进行复合化处理),作为比较例4供各种试验用。
对于实施例4的多孔碳材料复合物和比较例4的多孔碳材料,测定了它们的比表面积的值和孔容积,得到表1所示的结果。此外,测定了它们的介孔和微孔的孔径分布,得到图4中的(A)和图4中的(B)所示的结果。
在进行了复合化处理的实施例4的多孔碳材料复合物中,比表面积的值和孔容积与比较例4的多孔碳材料相同。此外,根据图4中的(A)和图4中的(B)的孔隙分布曲线,特别是在微孔区域中,确认与比较例4相比,实施例4中孔容积减少。认为这是由于金纳米粒子的附着(析出)所引起的。
对实施例4的多孔碳材料复合物和比较例4的多孔碳材料进行元素分析,得到表2所示的结果。比较例4中,Au含量为0.76重量%。而实施例4中Au含量增加到14.0重量%。
进一步,采用粉末X射线衍射法对实施例4的多孔碳材料复合物和比较例4的多孔碳材料进行了评价,结果如图8所示。根据X射线衍射图谱可知,实施例4中形成的主相为金。
此外,评价了紫外可见吸收光谱,结果如图11中的(B)所示。在530nm附近,确认有认为是来自金纳米粒子特有的表面等离子体吸收的吸收带。这也表明金纳米粒子在多孔碳材料的表面析出,并形成多孔碳材料复合物。
实施例5
实施例5也是实施例1的变型。在实施例5中,功能性材料由磁性材料构成,且合金具体地由Fe-Co-Ni合金薄膜构成。在实施例5中,进行实施例1的[工序-100]之后,在所得多孔碳材料上附着功能性材料,具体地,作为复合化处理,在温度25℃的、含有浓度0.6mol/L氯化钯的稀盐酸中浸渍60秒后,水洗,然后在含有硫酸钴(0.036mol/L)、硫酸镍(0.004mol/L)、硫酸铁(0.06mol/L)和二甲胺硼烷(0.15mol/L)的、温度80℃的水溶液中浸渍30分钟,基于无电镀反应,使Co-Ni-Fe合金薄膜在多孔碳材料的表面析出。然后充分水洗。此方法的详细内容参照Electrochimica Acta Vol.53,2007,pp285-289。
使用与实施例5中相同的多孔碳材料(未进行复合化处理),作为比较例5供各种试验用。
对于实施例5的多孔碳材料复合物和比较例5的多孔碳材料,测定了它们的比表面积的值和孔容积,得到表1所示的结果。此外,测定了它们的介孔和微孔的孔径分布,得到图5中的(A)和图5中的(B)所示的结果。在进行了复合化处理的实施例5的多孔碳材料复合物中,比表面积的值和孔容积比比较例5的多孔碳材料的小。认为这是由于通过进行复合化处理,多孔碳材料的孔隙因功能性材料(Co-Ni-Fe合金薄膜)的附着(析出)而堵塞,或因功能性材料的附着(析出)而重量增加所引起的。此外,根据图5中的(A)和图5中的(B)的孔隙分布曲线,在总孔径区域中,确认与比较例5相比,实施例5的孔容积减少。认为这是由于功能性材料(Co-Ni-Fe合金薄膜)的析出所引起的。
对实施例5的多孔碳材料复合物和比较例5的多孔碳材料进行元素分析,得到表2所示的结果。比较例5中,Co、Ni、Fe的含量为1重量%以下。而实施例5中Co、Ni、Fe的重量%增加。由此认为,通过复合化处理,Co-Ni-Fe薄膜在多孔碳材料的表面析出。
进一步,采用粉末X射线衍射法对实施例5的多孔碳材料复合物和比较例5的多孔碳材料进行了评价,结果如图9所示。根据X射线衍射图谱可知,实施例5中形成的主相为Co-Ni-Fe合金。
对实施例5的多孔碳材料复合物和比较例5的多孔碳材料的磁化曲线进行评价,得到的磁化曲线如图12中的(A)所示。比较例5的多孔碳材料几乎是非磁性的。另一方面,在进行了复合化处理的实施例5的多孔碳材料复合物中,确认质量饱和磁化值大幅增加,显示约60A·m2/kg的饱和磁化值,表明多孔碳材料复合物被赋予了磁特性。
实施例6
实施例6是实施例5的变型。在实施例6中,在复合化处理之前,在水蒸汽气流中于900℃加热3小时,进行活化处理。然后,进行与实施例5相同的复合化处理。
使用与实施例6中相同的多孔碳材料(未进行复合化处理),作为比较例6供各种试验用。
对于实施例6的多孔碳材料复合物和比较例6的多孔碳材料,测定了它们的比表面积的值和孔容积,得到表1所示的结果。此外,测定了它们的介孔和微孔的孔径分布,得到图6中的(A)和图6中的(B)所示的结果。在进行了复合化处理的实施例6的多孔碳材料复合物中,比表面积的值和孔容积比比较例6的多孔碳材料的小。认为这是由于通过进行复合化处理,多孔碳材料的孔隙因功能性材料(Co-Ni-Fe合金薄膜)的附着(析出)而堵塞,或因功能性材料的附着(析出)而重量增加所引起的。此外,根据图6中的(A)和图6中的(B)的孔隙分布曲线,在总孔径区域中,确认与比较例6相比,实施例6的孔容积减少。认为这是由于功能性材料(Co-Ni-Fe合金薄膜)的析出所引起的。
对实施例6的多孔碳材料复合物和比较例6的多孔碳材料进行元素分析,得到表2所示的结果。比较例6中,Co、Ni、Fe的含量为1重量%以下。而实施例6中Co、Ni、Fe的重量%增加。由此认为,通过复合化处理,Co-Ni-Fe薄膜在多孔碳材料的表面析出。
进一步,采用粉末X射线衍射法对实施例6的多孔碳材料复合物和比较例6的多孔碳材料进行了评价,结果如图9所示。根据X射线衍射图谱可知,实施例6中形成的主相为Co-Ni-Fe合金。
对实施例6的多孔碳材料复合物和比较例6的多孔碳材料的磁化曲线进行评价,得到的磁化曲线如图12中的(B)所示。比较例6的多孔碳材料几乎是非磁性的。另一方面,在进行了复合化处理的实施例6的多孔碳材料复合物中,确认质量饱和磁化值大幅增加,显示约85A·m2/kg的饱和磁化值,表明多孔碳材料复合物被赋予了磁特性。
表1
BET比表面积 | 孔容积 | ||
实施例 | 比较例 | m2/g | cm3/g |
1 | 446 | 0.5042 | |
1 | 566 | 0.6046 | |
2 | 999 | 0.9919 | |
2 | 1300 | 1.1636 | |
3 | 282 | 0.3319 | |
3 | 566 | 0.6046 | |
4 | 1320 | 1.3879 | |
4 | 1300 | 1.1636 | |
5 | 208 | 0.2292 | |
5 | 566 | 0.6046 | |
6 | 478 | 0.4353 | |
6 | 1300 | 1.1636 |
表2
实施例 | 比较例 | C | O | Si | Fe | Co | Ni | Au |
1 | 76.0 | 3.71 | 0.43 | 15.7 | <0.01 | 0.12 | <0.01 | |
1 | 84.6 | 8.83 | 0.47 | <0.01 | <0.01 | 0.81 | <0.01 | |
2 | 79.6 | 1.33 | 0.72 | 11.4 | <0.01 | 0.38 | 0.62 | |
2 | 86.6 | 5.91 | 1.00 | 0.13 | 0.10 | 0.08 | 0.76 | |
3 | 79.0 | 1.89 | 0.42 | 0.19 | 0.21 | 0.46 | 11.5 | |
3 | 84.6 | 8.83 | 0.47 | <0.01 | <0.01 | 0.81 | <0.01 | |
4 | 75.4 | 2.87 | 2.13 | 0.29 | 0.30 | 0.44 | 14.0 | |
4 | 86.6 | 5.91 | 1.00 | 0.13 | 0.10 | 0.08 | 0.76 | |
5 | 47.7 | 4.56 | <0.01 | 22.2 | 17.4 | 4.52 | <0.01 | |
5 | 84.6 | 8.83 | 0.47 | <0.01 | <0.01 | 0.81 | <0.01 | |
6 | 38.5 | 4.30 | 0.27 | 19.7 | 18.4 | 5.63 | 0.86 | |
6 | 86.6 | 5.91 | 1.00 | 0.13 | 0.10 | 0.08 | 0.76 |
实施例7
实施例7也是实施例1的变型,并且涉及本发明的光催化复合材料、本发明的净化剂。实施例7的光催化复合材料或净化剂含有多孔碳材料复合物,所述多孔碳材料复合物由下述物质构成:
(A)以硅含量5重量%以上的植物来源材料作为原料、硅含量1重量%以下的多孔碳材料;以及
(B)附着在所述多孔碳材料上的功能性材料;
所述多孔碳材料复合物按照氮BET法测定的比表面积值为10m2/g以上、按照BJH法和MP法测定的孔容积为0.1cm3/g以上。
实施例7中,光催化材料或功能性材料由作为光催化剂发挥作用的氧化钛(TiO2)构成。氧化钛以微粒状态附着到多孔碳材料上。据此,多孔碳材料复合物被赋予电荷分离、紫外线吸收、催化剂特性,通过光催化效果,可用作能够半永久性使用的有害物质分解剂、有害物质去除剂。
在实施例7中,将功能性材料附着在实施例1中描述的多孔碳材料-C上,具体地,进行下述复合化处理。即,在100mL乙醇中,加入0.5g多孔碳材料、4.57mL乙酸和适量原钛酸四异丙酯(TIPO),搅拌1小时。然后进行离心分离,弃上清液,固相中加入少量乙醇,在超声下向100mL纯净水中缓慢加入所得混合物。然后,再进行离心分离,将所得固相于100℃干燥。最后,通过于400℃结晶生长,可得到实施例7的多孔碳材料复合物、光催化复合材料和净化剂。此外,实施例7中,得到实施例7-A和实施例7-B这2种试样,实施例7-A是加入23.44mLTIPO、在氮气气氛中结晶生长得到的试样。实施例7-B是加入46.88mL TIPO、在空气中结晶生长得到的试样。
进行X射线衍射(XRD)可确认实施例7-A和实施例7-B的试样中含有TiO2。此外,实施例7-A、实施例7-B、实施例7中的多孔碳材料(实施例1中描述的多孔碳材料-C,以下称为“参考例7”)以及实施例7中使用的TiO2,采用粉末X射线衍射法得到的X射线衍射结果如图13中的(C)、(D)、(A)和(B)所示。
基于差示热分析(TG)法测定实施例7-A和实施例7-B的试样中TiO2的含量,结果如下表3所示。实施例7-A和实施例7-B的试样、参考例7的差示热分析结果如图14中的(B)、(C)、(A)所示。进一步,基于氮BET法、BJH法和MP法测定的比表面积和总孔容积的结果如下表3所示。
表3
为了评价,在50mL 3×10-2mol/L甲基橙水溶液中加入实施例7-A、实施例7-B的试样和参考例7各10mg,通过9瓦的紫外线灯(波长:354nm)照射紫外线,评价甲基橙分解状态的时间变化(参照图15中的(A))。结果,最初的3小时每小时的减少率最大,从开始照射起的3小时中,甲基橙的分解参考例7最快,然后依次为实施例7-A、实施例7-B。然而,从开始照射起经过3小时后,参考例7中甲基橙不发生分解。而实施例7-A、实施例7-B中,甲基橙继续分解,而且发现TiO2含量高的实施例7-B,其甲基橙的分解进展更快。
此外,在10mL 1.5×10-5mol/L微囊藻毒素水溶液中加入实施例7-A的试样0.3mg,为了比较,在另一份10mL 1.5×10-5mol/L微囊藻毒素水溶液中加入TiO2 0.3mg。然后,通过9瓦的紫外线灯(波长:354nm)照射紫外线,评价微囊藻毒素分解状态的时间变化(参照图15中的(B))。结果可知,与单独TiO2相比,实施例7-A的试样微囊藻毒素分解更快。在1.0×10- 4mol/L微囊藻毒素水溶液中也获得相同的结果。认为这是由于通过紫外线照射,光催化材料生成空穴/电子对,此空穴氧化、分解微囊藻毒素。
实施例7中的多孔碳材料为天然物来源的环境相容材料,其微结构可通过用酸或碱处理从而除去作为植物来源材料的原料中预先含有的硅成分(硅氧化物)而得到。因此,该材料的孔具有现有活性炭无法实现的大小和中等范围(2~50nm),此外,孔的排列维持植物所具有的生物体规律。在实施例7的光催化复合材料中,通过这样的孔尺寸和排列,可将光催化材料非常有效地附着在多孔碳材料上,并可通过光催化作用有效地发生分解。此外,在作为环境净化用材料的实施例7的净化剂中,认为这样的孔尺寸和排列在对有害物质的吸附有效发挥作用的同时,还可将光催化材料非常有效地附着在多孔碳材料上,并可通过光催化作用有效地将有害物质分解、无毒化。并能促进净化剂内部的有害物质扩散,通过光催化作用可更加有效地发生分解,并能够非常有效地进行水净化和空气净化。
实施例8
实施例8涉及本发明的吸附剂。实施例8的吸附剂由下述物质构成:
(A)以硅含量5重量%以上的植物来源材料作为原料、硅含量1重量%以下的多孔碳材料;以及
(B)附着在所述多孔碳材料上的磁性材料;
所述吸附剂按照氮BET法测定的比表面积值为10m2/g以上、按照BJH法和MP法测定的孔容积为0.1cm3/g以上。并吸附微囊藻毒素LR(分子量:994)。
微囊藻毒素LR
[化1]
此处用与实施例6相同的方法制备实施例8的吸附剂。但是,制备时间不同,如下表4所示,比表面积、孔容积和饱和磁化的值与实施例6有一些不同。
此外,作为参考例8,使用下表4所示的和光纯药工业株式会社制造的活性炭。
在实施例8中,使用微囊藻毒素LR和纯净水配制浓度1.0×10-4mol/L的水溶液。然后,在配制的水溶液每1.0mL中,添加0.25g如表4所示的实施例8的吸附剂,于25±2℃振荡1小时。振荡后,使用具有500μm孔隙的聚四氟乙烯制成的膜滤器,从溶液中除去吸附剂。通过紫外可见吸光度测定法,测定滤液的吸光度,求出水溶液的摩尔浓度。另外,通过与吸附前原始水溶液的摩尔浓度相比较,计算吸附量。基于下式计算每克吸附剂的吸附量。参考例8中也用同样的方法求出吸附量。
(每克吸附剂的吸附量)=(溶质的分子量)×{(吸附前水溶液的摩尔浓度)-(吸附后水溶液的摩尔浓度)}/(每1000mL吸附剂的量)
表4
由表4可知,与参考例8相比,实施例8微囊藻毒素LR的吸附量非常高。而且在实施例8的吸附剂中,由于具有磁性,因此可使用公知的磁分离方式的水质净化装置,从水质净化后的水中容易地分离(除去)实施例8的吸附剂。这样,如果使多孔碳材料附着磁性材料,可有望增加多孔碳材料每单位重量的磁性材料附着量,从而得到具有优良特性、高功能性、例如通过磁分离装置能够容易地从水中分离出来的吸附剂。结果,可容易、确保、经济地吸附水华、湖沼水、河川水等中含有的毒性成分微囊藻毒素,且不会对环境造成二次污染,不会扰乱环境的生态系统。
实施例9
实施例9涉及本发明的化妆料。实施例9的化妆料含有多孔碳材料复合物,所述多孔碳材料复合物由下述物质构成:
(A)以硅含量5重量%以上的植物来源材料作为原料、硅含量1重量%以下的多孔碳材料;以及
(B)附着在该多孔碳材料上的具有活性氧去除效果的金属类材料(其为去除活性氧的金属类材料,更具体地,在实施例9中为铂微粒、铂纳米粒子);
所述多孔碳材料复合物按照氮BET法测定的比表面积值为10m2/g以上、按照BJH法和MP法测定的孔容积为0.1cm3/g以上。
在实施例9中,将功能性材料附着在实施例1中描述的多孔碳材料-C上,具体地,进行下述复合化处理。即,在182mL蒸馏水中,添加5mmol的H2PtCl6水溶液8mL、L-抗坏血酸(表面保护剂)3.5mg,搅拌一会儿。然后,添加多孔碳材料0.43g,超声波照射20分钟后,加入40mmol的NaBH4水溶液10mL,搅拌3小时。然后吸滤,于120℃干燥,得到作为黑色粉末试样的实施例9-A的化妆料。此外,作为实施例9-B,未添加L-抗坏血酸,用与实施例9-A相同的方法制作化妆料。
使用稳定化的自由基1,1-二苯基-2-苦基肼(DPPH,数均分子量:394)来评价所得实施例9-A和实施例9-B的化妆料的抗氧化特性。具体地,配制浓度1.0×10-4mol的DPPH乙醇溶液。然后,在配制的DPPH溶液每1.0mL中添加2.5μg实施例9-A和实施例9-B的化妆料,于25±2℃振荡。然后,使用具有200nm孔隙的膜滤器,从溶液中除去化妆料。通过紫外可见吸光度测定法进行测定。通过与吸附前原始吸光度相比较,计算出DPPH自由基残存率。此外,作为比较例9-A,使用市售活性炭作为碳材料,用与实施例9-A和实施例9-B相同的方法制作试样(比较例9-A、比较例9-B),评价DPPH自由基残存率。
表5集中表示实施例9-A、实施例9-B、比较例9-A和比较例9-B的比表面积和孔容积,并表示根据ICP发光分析求出的各试样的铂含量,采用粉末X射线衍射法得到的X射线衍射结果如图16所示。
表5
比表面积(m2/g) | 孔容积(cm3/g) | 铂含量(重量%) | |
实施例9-A | 1165 | 1.04 | 0.357 |
实施例9-B | 852 | 0.86 | 0.413 |
比较例9-A | 1028 | 0.62 | 0.329 |
比较例9-B | 857 | 0.49 | 0.320 |
各试样的X射线衍射图谱如图16所示,各试样中,由于在2θ=40°附近观测到Pt(111)面的衍射峰,因此可知有铂析出。此外,铂的衍射峰随着实施例9-A、实施例9-B、比较例9-A和比较例9-B的次序而变得鲜明,暗示各试样中的铂微粒的粒径不同。并由此认为,通过使用多孔碳材料,易于形成粒径较小的铂微粒,通过使用抗坏血酸作为表面保护剂,可抑制铂微粒的粒成长。图17中的(A)和(B)表示实施例9-A和比较例9-A的电子显微镜照片。根据X射线衍射图谱所预想的那样,可知多孔碳材料上析出的铂微粒(铂纳米粒子)与活性炭(比较例9-A)上析出的相比明显小。认为这是由于稻壳来源的多孔碳材料特有的微结构和表面状态带来的影响。
图18表示自由基残存率的时间变化。对于实施例9-A和实施例9-B,不管有无抗坏血酸,铂微粒都捕捉DPPH,用约40分钟~50分钟将自由基大致完全除去。另一方面,发现:在比较例9-A和比较例9-B中,根据有无抗坏血酸,自由基清除时间存在差异。
实施例9的多孔碳材料为天然物来源的环境相容材料,其微结构可通过用酸或碱处理从而除去作为植物来源材料的原料中预先含有的硅成分(硅氧化物)而得到。因此,该材料的孔具有现有活性炭无法实现的大小和中等范围(2~50nm),此外,孔的排列维持植物所具有的生物体规律。因此,在实施例9的化妆料中,通过这样的孔尺寸和排列可将铂类材料等非常有效地负载于多孔碳材料上。因此,例如,将纳米铂微粒胶体化不需要使用保护性胶体剂,没有用保护性胶体剂包覆铂微粒表面,对被认为是急性炎症、组织损伤、老化的主要原因的过氧化物、羟基自由基、过氧化氢、单重态氧等活性氧类可发挥高的抗氧化作用,可获得所谓的抗衰老效果。
实施例10
实施例10也是实施例1的变型。实施例10的多孔碳材料复合物中,功能性材料由外部刺激响应性物质和释放物质构成。此外,在实施例10中,使用实施例1中描述的多孔碳材料-C。
在实施例10中,使用光作为物理性外部刺激,作为外部刺激响应性物质的光响应性物质,使用偶氮苯或香豆素。偶氮苯对光产生响应,在顺式状态与反式状态之间转变,结果可释放出释放物质。香豆素对光产生响应,变成二聚物,结果可释放出释放物质。试验使用茜素绿G作为释放物质,检查照射365nm的紫外线时,605nm处吸光度的时间变化,结果如图19所示。此外,图19还显示出与未照射365nm的紫外线时,试样的605nm处吸光度的吸光度差。可知照射365nm的紫外线时,茜素绿G被释放出来,且释放量随时间而增加。
此外,使用温度作为物理性外部刺激,作为外部刺激响应性物质的温度响应性物质,使用聚-N-异丙基丙烯酰胺(IPAAm)或聚氧乙烯(例如分子量1000~2000的聚氧乙烯,PEO 1000~2000)。试验使用茜素绿G作为释放物质,根据605nm处的吸光度,检查使用IPAAm作为温度响应性物质时释放物质因温度变化的释放状态,结果如图20所示。从开始试验至35分钟时,将气氛温度设定为20℃。从开始试验起经过35分钟后,将气氛温度设定为50℃。结果,通过改变气氛温度,茜素绿G的释放状态(每单位时间的释放量)明显不同。认为这是由于在50℃时,IPAAm的分子缩小,产生一种间隙,由此释放出茜素绿G。
另外,使用湿度作为物理性外部刺激,作为外部刺激响应性物质的湿度响应性物质,使用分子量1540的聚乙二醇。试验使用芳香剂苧烯作为释放物质,检查释放物质依赖湿度的释放状态,结果如图21所示。图21中,黑圆圈符号的数据为温度40℃(使用恒温槽)的数据,白圆圈符号的数据为温度40℃、湿度98%的数据。可知依赖湿度释放的苧烯的量发生差异。
如上所述,在实施例10中,可控制外部刺激响应性物质因外部刺激发生结构变化,进而可控制释放物质从多孔碳材料上的脱附,所述的释放物质被附着、结合、吸附或负载在多孔碳材料上。而且,实施例10的多孔碳材料具有现有活性炭无法实现的大小和中等范围(2~50nm)的孔,可充分反映外部刺激响应性物质响应外部刺激时所发生的变化,基于此变化,可释放应释放的物质(释放物质)。
实施例11
实施例11也是实施例1的变型。实施例11的多孔碳材料复合物中,功能性材料由具有保湿效果和/或抗氧化效果的成分构成,具体地,由下面所示的Trolox、虾青素和辅酶Q10等化妆水中含有的有效成分构成。同时,对作为化妆料成分的、具有疏水性美容成分的物质黄豆苷元也进行测定。
[化2]
使用实施例1中描述的多孔碳材料-C作为多孔碳材料,对多孔碳材料-C吸附多少Trolox(数均分子量:250)、黄豆苷元(数均分子量:254)、虾青素(数均分子量:596)、辅酶Q10(数均分子量:1002)进行测定。此外,配制下表6所示浓度的溶液,吸附前的各溶液浓度可任意确定。然后,在配制的各溶液40mL中,添加表7所示的试样0.010g,于37±2℃振荡1小时。振荡后,使用具有500nm孔隙的聚四氟乙烯制成的膜滤器,从溶液中除去多孔碳材料复合物。通过紫外可见吸光度测定法,测定滤液的吸光度,求出溶液的摩尔浓度。另外,通过与吸附前原始溶液的摩尔浓度相比较,计算出吸附量。基于求每克实施例1中描述的多孔碳材料的吸附量的方程式计算每克多孔碳材料的吸附量。结果如表8所示。
表6
溶质 | 溶质的分子量 | 摩尔浓度 | |
溶液11-A | Trolox | 250 | 8.01×10-4 |
溶液11-B | 黄豆苷元 | 254 | 2.99×10-4 |
溶液11-C | 虾青素 | 596 | 3.81×10-5 |
溶液11-D | 辅酶Q10 | 1002 | 1.98×10-4 |
表7
表8
Trolox | 黄豆苷元 | 虾青素 | 辅酶Q10 | |
实施例11 | 210.3 | 108.8 | 16.15 | 216.4 |
参考例11-A | 66.8 | 64.5 | ||
参考例11-B | 39.9 | 74.1 | 8.97 | 145.3 |
参考例11-C | 43.5 | 76.7 | 10.22 | 157.0 |
由表8可知,实施例11的多孔碳材料复合物中,以足够的量保持、负载具有保湿效果和/或抗氧化效果的成分和化妆料成分。
以上基于优选实施例对本发明进行了描述。然而,本发明并不限于这些实施例,各种变型是可行的。在实施例中,对使用稻壳作为多孔碳材料原料的情况进行了说明。然而,也可使用其它植物作为原料。本文中,作为其它植物,例如可举出:秸秆、芦苇或裙带菜茎;生长在陆地上的维管类植物、蕨类植物、藓类植物;藻类和海草等。所述植物可单独使用或多种组合使用。
具体地,例如将稻秸(例如产于鹿儿岛的Isehikari品种)用作作为多孔碳材料原料的植物来源材料,碳化作为原料的稻秸,转化成碳质物质(多孔碳材料前体)后进行酸处理,可得到多孔碳材料。或将稻科芦苇用作作为多孔碳材料原料的植物来源材料,碳化作为原料的稻科芦苇,转化成碳质物质(多孔碳材料前体)后进行酸处理,可得到多孔碳材料。此外,多孔碳材料复合物的制备方法可与实施例1~8相同。
将裙带菜茎(产于岩手县三陆)用作作为多孔碳材料原料的植物来源材料,将作为原料的裙带菜茎碳化成碳质物质(多孔碳材料前体)后进行酸处理,可得到多孔碳材料。具体地,首先,例如将裙带菜茎于约500℃加热以进行碳化。另外,在加热之前,例如可利用醇对作为原料的裙带菜茎进行处理。作为具体处理方法,例如有将裙带菜茎浸渍于乙醇等中的方法。据此,可减少原料中所含的水分,同时可使包含在最终得到的多孔碳材料中的碳以外的其他元素和矿物成分溶出。此外,通过这种醇处理,可抑制碳化过程中气体的产生。更具体地,将裙带菜茎在乙醇中浸渍48小时。另外,优选在乙醇中进行超声波处理。然后,在氮气流中于500℃加热,碳化该裙带菜茎5小时,得到碳化物。此外,通过进行这种处理(预碳化处理),可减少或去除将会在随后的碳化过程中生成的焦油成分。接着,将10g该碳化物放入氧化铝制坩埚,并在氮气流中(10L/分钟)以5℃/分钟的升温速度加热到1000℃。然后,于1000℃碳化5小时,转化成碳质物质(多孔碳材料前体)后,冷却至室温。另外,在碳化和冷却过程中,使氮气持续流动。然后,将该多孔碳材料前体在46体积%的氢氟酸水溶液中浸渍一晚以进行酸处理,然后用水和乙醇洗涤,直至达到pH 7。最后通过干燥,可得到多孔碳材料。然后可进行实施例1~实施例6中所描述的复合化处理和活化处理。
此外,在本发明的多孔碳材料复合物中,多孔碳材料本身具有吸附物质的能力。而且,本发明的多孔碳材料复合物也可以用作负载药物的载体或药物缓释剂。进一步,可以由本发明的多孔碳材料复合物制作片状部件,也可以构成由支撑片状部件的支撑部件组成的吸附片。此外,本发明的多孔碳材料复合物可以用作口服给药用吸附剂,也可以用作功能性食品的原料。上述这些情况下,可根据多孔碳材料复合物所要求的特性等适当选择功能性材料。
具体地,本发明的多孔碳材料复合物可用于选择性吸附体内各种不需要的分子。即,本发明的多孔碳材料复合物可以用作用于治疗和预防疾病的内服药等口服给药用吸附剂或医用吸附剂。更具体地,本发明的多孔碳材料复合物应用于口服给药用吸附剂或医用吸附剂领域时,可以用作吸附吲哚的吸附剂、吸附肌酸酐的吸附剂、吸附尿酸的吸附剂、吸附腺苷的吸附剂、吸附茜素花青绿的吸附剂、吸附溶菌酶的吸附剂、吸附α-淀粉酶的吸附剂、吸附白蛋白的吸附剂、吸附3-甲基吲哚(粪臭素)的吸附剂、吸附色氨酸的吸附剂、吸附尿蓝母的吸附剂、吸附茶碱的吸附剂、吸附肌苷-5-单磷酸二钠盐的吸附剂、吸附腺苷-5-三磷酸二钠盐的吸附剂、吸附数均分子量为1×102~1×105的有机物(例如有机分子或蛋白质)的吸附剂,所述有机物的数均分子量优选1×102~5×104、更加优选1×102~2×104、特别优选1×102~1×104。进一步,作为应吸附的物质,例如有氨、尿素、二甲胺、甲基胍等胍化合物、含硫氨基酸、苯酚、对甲酚、草酸、高半胱氨酸、胍基琥珀酸、肌醇、硫酸吲哚酚、假尿苷、环腺苷单磷酸、β-氨基异丁酸、去甲对羟福林(octopamine)、α-氨基异丁酸、甲状旁腺激素、β2-微球蛋白、核糖核酸酶、钠尿激素、天冬氨酸、精氨酸等水溶性的碱性和两性物质;嘌呤或嘌呤衍生物、作为嘌呤碱的腺嘌呤和鸟嘌呤、作为嘌呤核苷的鸟苷和肌苷、作为嘌呤核苷酸的腺苷酸、鸟苷酸、肌苷酸;作为低分子或高分子核酸的寡聚核苷酸和多聚核苷酸;多胺类、3-脱氧葡糖醛酮、各种肽激素、粒细胞抑制蛋白(GIP)、中性粒细胞脱颗粒抑制蛋白(DIP)、趋化抑制蛋白;氨甲酰化血红蛋白、糖基化终产物、粒细胞/单核细胞功能抑制剂、氧化作用促进剂等。此外,本发明的多孔碳材料复合物可用作血液净化柱用充填剂(吸收剂)。本发明的多孔碳材料复合物还可应用于吸附片。即,吸附片可以是由本发明的多孔碳材料复合物组成的片状部件和支撑片状部件的支撑部件构成的形态。另外,本发明的多孔碳材料复合物可用作净化水质的水质净化用吸附剂。此外,可对本发明的多孔碳材料复合物的表面进行化学处理或分子修饰。作为化学处理,例如有通过硝酸处理使表面形成羧基的处理。通过使多孔碳材料与具有能够反应的羟基、羧基、氨基等的化学物种或蛋白质发生化学反应,可进行分子修饰。而且上述这些情况下,也可根据多孔碳材料复合物所要求的特性等适当选择功能性材料。
此外,作为可吸附和负载于本发明的多孔碳材料复合物上的药物,可举出有机分子、聚合物分子和蛋白质。具体地,例如可举出己酮可可碱、哌唑嗪、阿昔洛韦、硝苯地平、地尔硫萘普生、布洛芬、氟比洛芬、酮洛芬、非诺洛芬、吲哚美辛、双氯芬酸、芬替酸、雌二醇戊酸酯、美托洛尔、舒必利、卡托普利、西咪替丁、齐多夫定、尼卡地平、特非那定、阿替洛尔、沙丁胺醇、卡马西平、雷尼替丁、依那普利、辛伐他汀、氟西汀、阿普唑仑、法莫替丁、更昔洛韦、泛昔洛韦、螺内酯、5-氨基水杨酸(5-asa)、奎尼丁、培哚普利、吗啡、喷他佐辛、对乙酰氨基酚、奥美拉唑、甲氧氯普胺、阿司匹林和甲福明;从全身治疗和局部治疗的观点出发,可举出各种激素(例如胰岛素、雌二醇等)、哮喘治疗药(例如沙丁胺醇等)、结核治疗药(例如利福平、乙胺丁醇、链霉素、异烟肼、吡嗪酰胺等)、癌症治疗药(例如顺铂、卡铂、阿霉素、5-氟脲嘧啶(5-FU)、紫杉醇等)、高血压治疗药(例如可乐定、哌唑嗪、普萘洛尔、拉贝洛尔、布尼洛尔、利血平、硝苯地平、呋塞米等),然而并不限于这些药物。将药物溶于可溶解该药物的有机溶剂,将本发明的多孔碳材料复合物浸渍于所得溶液中,然后除去溶剂和多余的溶质,可得到多孔碳材料复合物/药物复合物。具体溶剂可举出水、甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇、丙酮、乙酸乙酯、氯仿、2-氯甲烷、1-氯甲烷、己烷、四氢呋喃、吡啶等。此外,作为药物缓释剂中的药物例如可举出布洛芬。上述这些情况下,也可根据多孔碳材料复合物所要求的特性等适当选择功能性材料。另外,用于附着由外部刺激响应性物质和释放物质构成的功能性材料的材料,也可以根据情况,将多孔碳材料替换成例如特开2005-262324号公报中公开的具有三维规则性空穴的多孔碳材料或替换成二氧化硅微粒。
Claims (25)
1.一种多孔碳材料复合物,包括下述物质:
(A)以硅含量5重量%以上的植物来源材料作为原料得到的硅含量1重量%以下的多孔碳材料;以及
(B)附着在所述多孔碳材料上的功能性材料;
所述多孔碳材料复合物按照氮BET法测定的比表面积值为10m2/g以上,按照BJH法和MP法测定的孔容积为0.1cm3/g以上,
其中,所述多孔碳材料通过包括下述工序的方法制备:于800℃~1400℃将植物来源材料碳化后,用酸或碱进行处理;以及用酸或碱处理后,在使所述功能性材料附着在所述多孔碳材料上之前,进行活化处理。
2.如权利要求1所述的多孔碳材料复合物,其中,所述功能性材料为磁性材料。
3.如权利要求1所述的多孔碳材料复合物,其中,所述功能性材料显示光学特性。
4.如权利要求1所述的多孔碳材料复合物,其中,所述功能性材料显示光催化特性。
5.如权利要求1所述的多孔碳材料复合物,其中,所述功能性材料由贵金属、贵金属合金、氧化物半导体或化合物半导体构成。
6.如权利要求1所述的多孔碳材料复合物,其中,所述功能性材料由外部刺激响应性物质和释放物质构成。
7.如权利要求1所述的多孔碳材料复合物,其中,所述功能性材料由具有保湿效果和/或抗氧化效果的成分构成。
8.一种多孔碳材料复合物的制备方法,所述制备方法包括下述工序:于800℃~1400℃将植物来源材料碳化后,通过用酸或碱进行处理,得到多孔碳材料,用酸或碱处理后,在使功能性材料附着在所述多孔碳材料上之前,进行活化处理,然后使所述功能性材料附着在所述多孔碳材料上,其中:
植物来源材料中的硅含量为5重量%以上;
多孔碳材料的硅含量为1重量%以下;以及
多孔碳材料复合物按照氮BET法测定的比表面积值为10m2/g以上,按照BJH法和MP法测定的孔容积为0.1cm3/g以上。
9.如权利要求8所述的多孔碳材料复合物的制备方法,其中,所述功能性材料为磁性材料。
10.如权利要求8所述的多孔碳材料复合物的制备方法,其中,所述功能性材料显示光学特性。
11.如权利要求8所述的多孔碳材料复合物的制备方法,其中,所述功能性材料显示光催化特性。
12.如权利要求8所述的多孔碳材料复合物的制备方法,其中,所述功能性材料由贵金属、贵金属合金、氧化物半导体或化合物半导体构成。
13.如权利要求8所述的多孔碳材料复合物的制备方法,其中,所述功能性材料由外部刺激响应性物质和释放物质构成。
14.如权利要求8所述的多孔碳材料复合物的制备方法,其中,所述功能性材料由具有保湿效果和/或抗氧化效果的成分构成。
15.一种吸附微囊藻毒素的吸附剂,其中,所述吸附剂包括下述物质:
(A)以硅含量5重量%以上的植物来源材料作为原料得到的硅含量1重量%以下的多孔碳材料;以及
(B)附着在所述多孔碳材料上的磁性材料;
所述吸附剂按照氮BET法测定的比表面积值为10m2/g以上、按照BJH法和MP法测定的孔容积为0.1cm3/g以上,
其中,所述多孔碳材料通过包括下述工序的方法制备:于800℃~1400℃将植物来源材料碳化后,用酸或碱进行处理;以及用酸或碱处理后,在使所述磁性材料附着在所述多孔碳材料上之前,进行活化处理。
16.一种含有多孔碳材料复合物的光催化复合材料,其中,所述多孔碳材料复合物包括下述物质:
(A)以硅含量5重量%以上的植物来源材料作为原料得到的硅含量1重量%以下的多孔碳材料;以及
(B)附着在所述多孔碳材料上的光催化材料;
所述多孔碳材料复合物按照氮BET法测定的比表面积值为10m2/g以上、按照BJH法和MP法测定的孔容积为0.1cm3/g以上,
其中,所述多孔碳材料通过包括下述工序的方法制备:于800℃~1400℃将植物来源材料碳化后,用酸或碱进行处理;以及用酸或碱处理后,在使所述光催化材料附着在所述多孔碳材料上之前,进行活化处理。
17.一种含有多孔碳材料复合物的化妆料,其中,所述多孔碳材料复合物包括下述物质:
(A)以硅含量5重量%以上的植物来源材料作为原料得到的硅含量1重量%以下的多孔碳材料;以及
(B)附着在所述多孔碳材料上的、具有活性氧去除效果的金属类材料;
所述多孔碳材料复合物按照氮BET法测定的比表面积值为10m2/g以上、按照BJH法和MP法测定的孔容积为0.1cm3/g以上,
其中,所述多孔碳材料通过包括下述工序的方法制备:于800℃~1400℃将植物来源材料碳化后,用酸或碱进行处理;以及用酸或碱处理后,在使所述金属类材料附着在所述多孔碳材料上之前,进行活化处理。
18.一种含有多孔碳材料复合物的净化剂,其中,所述多孔碳材料复合物包括下述物质:
(A)以硅含量5重量%以上的植物来源材料作为原料得到的硅含量1重量%以下的多孔碳材料;以及
(B)附着在所述多孔碳材料上的光催化材料;
所述多孔碳材料复合物按照氮BET法测定的比表面积值为10m2/g以上、按照BJH法和MP法测定的微孔容积为0.1cm3/g以上,
其中,所述多孔碳材料通过包括下述工序的方法制备:于800℃~1400℃将植物来源材料碳化后,用酸或碱进行处理;以及用酸或碱处理后,在使所述光催化材料附着在所述多孔碳材料上之前,进行活化处理。
19.一种含有多孔碳材料复合物的缓释剂,所述多孔碳材料复合物包括下述物质:
(A)以硅含量5重量%以上的植物来源材料作为原料得到的硅含量1重量%以下的多孔碳材料;以及
(B)附着在所述多孔碳材料上的、具有活性氧去除效果的金属类材料;
所述多孔碳材料复合物按照氮BET法测定的比表面积值为10m2/g以上,按照BJH法和MP法测定的孔容积为0.1cm3/g以上,
其中,所述多孔碳材料通过包括下述工序的方法制备:于800℃~1400℃将植物来源材料碳化后,用酸或碱进行处理;以及用酸或碱处理后,在使所述金属类材料附着在所述多孔碳材料上之前,进行活化处理。
20.一种含有多孔碳材料复合物的细胞培养支架,所述多孔碳材料复合物包括下述物质:
(A)以硅含量5重量%以上的植物来源材料作为原料得到的硅含量1重量%以下的多孔碳材料;以及
(B)附着在所述多孔碳材料上的、具有活性氧去除效果的金属类材料;
所述多孔碳材料复合物按照氮BET法测定的比表面积值为10m2/g以上,按照BJH法和MP法测定的孔容积为0.1cm3/g以上,
其中,所述多孔碳材料通过包括下述工序的方法制备:于800℃~1400℃将植物来源材料碳化后,用酸或碱进行处理;以及用酸或碱处理后,在使所述金属类材料附着在所述多孔碳材料上之前,进行活化处理。
21.一种含有多孔碳材料复合物的血流促进剂,所述多孔碳材料复合物包括下述物质:
(A)以硅含量5重量%以上的植物来源材料作为原料得到的硅含量1重量%以下的多孔碳材料;以及
(B)附着在所述多孔碳材料上的、具有活性氧去除效果的金属类材料;
所述多孔碳材料复合物按照氮BET法测定的比表面积值为10m2/g以上,按照BJH法和MP法测定的孔容积为0.1cm3/g以上,
其中,所述多孔碳材料通过包括下述工序的方法制备:于800℃~1400℃将植物来源材料碳化后,用酸或碱进行处理;以及用酸或碱处理后,在使所述金属类材料附着在所述多孔碳材料上之前,进行活化处理。
22.一种含有多孔碳材料复合物的有害物质分解剂,所述多孔碳材料复合物包括下述物质:
(A)以硅含量5重量%以上的植物来源材料作为原料得到的硅含量1重量%以下的多孔碳材料;以及
(B)附着在所述多孔碳材料上的、具有活性氧去除效果的金属类材料;
所述多孔碳材料复合物按照氮BET法测定的比表面积值为10m2/g以上,按照BJH法和MP法测定的孔容积为0.1cm3/g以上,
其中,所述多孔碳材料通过包括下述工序的方法制备:于800℃~1400℃将植物来源材料碳化后,用酸或碱进行处理;以及用酸或碱处理后,在使所述金属类材料附着在所述多孔碳材料上之前,进行活化处理。
23.一种含有多孔碳材料复合物的有害物质去除剂,所述多孔碳材料复合物包括下述物质:
(A)以硅含量5重量%以上的植物来源材料作为原料得到的硅含量1重量%以下的多孔碳材料;以及
(B)附着在所述多孔碳材料上的、具有活性氧去除效果的金属类材料;
所述多孔碳材料复合物按照氮BET法测定的比表面积值为10m2/g以上,按照BJH法和MP法测定的孔容积为0.1cm3/g以上,
其中,所述多孔碳材料通过包括下述工序的方法制备:于800℃~1400℃将植物来源材料碳化后,用酸或碱进行处理;以及用酸或碱处理后,在使所述金属类材料附着在所述多孔碳材料上之前,进行活化处理。
24.一种含有多孔碳材料复合物的水净化柱,所述多孔碳材料复合物包括下述物质:
(A)以硅含量5重量%以上的植物来源材料作为原料得到的硅含量1重量%以下的多孔碳材料;以及
(B)附着在所述多孔碳材料上的、具有活性氧去除效果的金属类材料;
所述多孔碳材料复合物按照氮BET法测定的比表面积值为10m2/g以上,按照BJH法和MP法测定的孔容积为0.1cm3/g以上,
其中,所述多孔碳材料通过包括下述工序的方法制备:于800℃~1400℃将植物来源材料碳化后,用酸或碱进行处理;以及用酸或碱处理后,在使所述金属类材料附着在所述多孔碳材料上之前,进行活化处理。
25.一种含有多孔碳材料复合物的水净化筒,所述多孔碳材料复合物包括下述物质:
(A)以硅含量5重量%以上的植物来源材料作为原料得到的硅含量1重量%以下的多孔碳材料;以及
(B)附着在所述多孔碳材料上的、具有活性氧去除效果的金属类材料;
所述多孔碳材料复合物按照氮BET法测定的比表面积值为10m2/g以上,按照BJH法和MP法测定的孔容积为0.1cm3/g以上,
其中,所述多孔碳材料通过包括下述工序的方法制备:于800℃~1400℃将植物来源材料碳化后,用酸或碱进行处理;以及用酸或碱处理后,在使所述金属类材料附着在所述多孔碳材料上之前,进行活化处理。
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