CN112973633A - 一种活性炭基材料及其制备方法和用途 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种活性炭基材料及其制备方法和用途，所述活性炭基材料包括载体及负载于所述载体上的活性组分，所述载体包括负载石墨烯的活性炭，所述活性组分包括零价铁和抗菌金属，所述活性炭基材料的制备方法包括通过使用植物提取液，所述植物包括薯类作物和/或谷物，实现在活性炭表面负载石墨烯，通过液相还原方式在活性炭上负载零价铁和抗菌金属，得到活性炭基材料，石墨烯和零价铁之间以及零价铁和抗菌金属之间形成导电性良好的多重微电池反应系统，提升净水反应效能，所述活性炭基材料能够应用于抗菌抗病毒防护装备和净水过滤滤芯。

Description

一种活性炭基材料及其制备方法和用途
技术领域
本发明涉及净水材料技术领域，尤其涉及一种活性炭基材料及其制备方法和用途。
背景技术
工业化为人类的生活带来了诸多便利，同时也不可避免地污染了水源水。尽管水源水经自来水厂絮凝、沉淀、过滤等技术处理，但由于重金属离子在水体中具有较高的稳定性和生物难降解性，治理难度大，常规的净水工艺已经无法满足处理要求。因此，有重金属残留的出厂水进入给水管网后，积累到一定限度不但会对水系统造成严重危害，而且可直接或间接地影响到人类的健康。另外，传统净水工艺对新兴污染问题，特别是一些难以矿化的极性有机污染物的效果不理想。另一方面，城市管网及高层储水设施等释放的可溶性重金属离子、二次形成的极性污染物、积累的病原微生物等饮水污染问题日益突出。因此，用水终端的深度净化显得尤为必要。
终端净水是保证饮用水洁净与安全的最后一道屏障。通过PP棉、活性炭吸附、离子交换及膜过滤等逐级净化，水中的各类污染物被逐级截留。通过如紫外等杀菌技术使出水微生物指标合格。其中，活性炭是终端净水设备中常用的核心净化材料之一。活性炭具有丰富的孔结构、巨大的比表面积、可调控的表面化学性质及晶格缺陷等特征，通过范德华力、氢键及静电引力等物理作用力和鳌合、催化还原、氧化等化学作用吸附水中的各类污染物，包括溶解性有机物、消毒副产物、余氯及可溶性重金属离子等。但同时活性炭面临着几个使用问题。一是，活性炭表面为疏水性，其对难降解的极性有机污染物和水溶性强的重金属离子的去除能力较差；二是，活性炭表面吸附的有机物成为微生物滋生的有利条件，带来微生物二次污染的风险；三是，活性炭吸附污染物，但无法转化或降解污染物，由此可能带来二次释放的风险。因此，有必要通过负载活性基团实现污染物的吸附转化和降解，提升活性炭去除污染物的效能，同时转化和降解污染物，有效降低污染物的二次释放风险。
纳米零价铁具有优异的吸附并转化和降解多种污染物，从而较大程度地从根本上改善环境问题。目前具有工业放大生产潜力的方法是液相还原法，可以通过控制还原剂的用量等条件实现活性炭负载纳米零价铁的制备和生产，反应过程温和，没有高温和高压等苛刻条件的限制。
CN108796560A公开了一种活性炭负载纳米零价铁复合材料的制备方法，所述方法通过电沉积的方式制备了活性炭负载纳米零价铁复合材料，发明以炭电极为阴极，纯铁片为阳极，通过逐渐发生电解的方式制备复合材料。但该过程需在水浴恒温以及通电等条件下完成，在实际生产中不便于操作；CN107456967A公开了一种活性炭多点位负载纳米零价铁复合材料的制备方法，所述方法通过增加活性炭吸附位点有效提高纳米零价铁负载量的方法，铁负载量为50～200％；CN103721715A公开了一种活性炭负载纳米零价铁材料，通过液相还原法制备活性炭负载纳米零价铁复合材料的方法，其中，纳米零价铁负载量为20～200％；CN110559990A公开了一种低纳米零价铁和纳米银负载量净水炭复合材料的制备方法，通过合理调控反应时间，制备出在低纳米零价铁含量情况下具备高效率和能力除铅的活性炭基复合净水材料。
然而，以上活性炭负载纳米零价铁复合净水材料存在如下待解决的问题：1、由于活性炭的多孔结构，表面和孔内吸附的铁前驱体的浓度不同，导致纳米零价铁的分散性依旧不佳；2、活性炭微晶结构不完整，其导电性较差，使碳-铁微电池反应性能降低。
因此，有必要开发一种能够实现纳米零价铁分散性良好，通过提升活性炭表面导电性而提升净水反应效能的活性炭基材料。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种活性炭基材料的制备方法，通过使用植物提取液，实现在活性炭表面有效负载石墨烯，通过液相还原方式在活性炭上负载零价铁和抗菌金属，提升零价铁和抗菌金属在活性炭上的均匀负载，得到活性炭基材料，在活性炭上分散的石墨烯和零价铁之间以及零价铁和抗菌金属之间形成导电性良好的多重微电池反应系统，提升净水反应效能，所述活性炭基材料能够应用于抗菌抗病毒防护装备和净水过滤滤芯中。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种活性炭基材料，所述活性炭基材料包括载体及负载于所述载体上的活性组分；所述载体包括负载石墨烯的活性炭；所述活性组分包括零价铁和抗菌金属。
本发明活性炭基材料中载体包括负载石墨烯的活性炭，同时在载体上负载零价铁和抗菌金属，零价铁能够吸附并转化和降解水中多种污染物，进一步负载抗菌金属，零价铁与石墨烯之间以及零价铁和抗菌金属之间形成导电性良好的多重微电池反应系统，提升净水反应效能。
优选地，所述抗菌金属包括铜和/或银。
本发明中铜和银既具有较好的杀菌作用，又能有效地负载于活性炭表面。
优选地，所述活性炭的粒径为0.075～0.25mm，例如可以是0.075mm、0.1mm、0.12mm、0.14mm、0.16mm、0.18mm、0.2mm、0.22mm、0.24mm或0.25mm等。
优选地，所述石墨烯的粒径为20～100μm，例如可以是20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm或100μm等。
本发明石墨烯为片层形状。
优选地，所述零价铁的粒径为10～20nm，例如可以是10nm、11nm、12nm、13nm、14nm、15nm、16nm、17nm、18nm、19nm或20nm等。
优选地，所述活性炭与石墨烯的质量比为1:(0.001～0.01)，例如可以是1:0.001、1:0.002、1:0.003、1:0.004、1:0.005、1:0.006、1:0.007、1:0.008、1:0.009或0.01等。
优选地，所述载体与零价铁的质量比为(45～60):1，例如可以是45:1、46:1、48:1、50:1、52:1、54:1、56:1、58:1或60:1等。
优选地，所述活性炭与抗菌金属的质量比为(100～500):1，例如可以是100:1、150:1、200:1、250:1、300:1、350:1、400:1、450:1或500:1等。
第二方面，本发明提供第一方面所述的活性炭基材料的制备方法，所述制备方法包括：
(1)将含活性炭和石墨烯的分散液与植物提取液进行第一混合，所述植物包括薯类作物和/或谷物，水浴加热，得到第一混合分散液；所述第一混合分散液依次进行第一固液分离和焙烧，得到负载石墨烯的活性炭；
(2)在负载石墨烯的活性炭上负载零价铁，得到负载石墨烯和零价铁的活性炭；
(3)在负载石墨烯和零价铁的活性炭上负载抗菌金属，得到活性炭基材料。
本发明在负载石墨烯的活性炭上负载零价铁及抗菌金属，可吸附和降解水中的污染物。本发明采用薯类作物和/或谷物的提取液作为植物提取液，所述植物提取液中含有能够连接石墨烯和活性炭的连接剂，当添加植物提取液后，活性炭与石墨烯的复合速率明显加快，此时石墨烯表面存在氧化官能团，经水浴加热，活性炭与石墨烯形成的复合物更易沉降及固液分离，实现与液相的有效分离。植物提取液的加入可简化活性炭与石墨烯的复合过程和后续分离清洗过程，同时提高了石墨烯在活性炭上的有效负载率，降低了石墨烯的堆垛程度，通过焙烧，能够还原石墨烯表面的氧化官能团，加速电子的传递效率。
本发明还在所述活性炭基材料中加入零价铁和抗菌金属，利用碳-铁及铁-抗菌金属的多重微电池反应，能够高效率地转化和降解多种污染物，如重金属离子、消毒副产物、新型有机污染物等，降低因污染物富集导致的二次污染风险，所述活性炭基材料可用于处理末端水中低浓度的污染物，保证末端用水的安全和干净。
优选地，所述薯类作物包括木薯、土豆或红薯中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合为：木薯和土豆的组合，土豆和红薯的组合，木薯和红薯的组合，木薯、土豆和红薯的组合。
优选地，步骤(1)所述含活性炭和石墨烯的分散液中活性炭与石墨烯的质量比为1:(0.001～0.01)，例如可以是1:0.001、1:0.002、1:0.003、1:0.004、1:0.005、1:0.006、1:0.007、1:0.008、1:0.009或0.01等。
优选地，所述含活性炭和石墨烯的分散液中石墨烯的浓度为4～5mg/g，例如可以是4mg/g、4.1mg/g、4.2mg/g、4.3mg/g、4.4mg/g、4.5mg/g、4.6mg/g、4.7mg/g、4.8mg/g、4.9mg/g或5mg/g等，优选为4.6～5mg/g。
优选地，所述植物提取液的制备方法包括：按质量比为(10～30):1，例如可以是10:1、12:1、14:1、16:1、18:1、20:1、22:1、24:1、26:1、28:1或20:1等混合的植物与水，在150～250r/min，例如可以是150r/min、160r/min、170r/min、180r/min、190r/min、200r/min、210r/min、220r/min、230r/min、240r/min或250r/min等的速率下搅拌≥2min，例如可以是2min、3min、4min、5min或6min等，固液分离，得到植物提取液。
本发明固液分离没有限制，可采用本领域技术人员熟知的任何可用于固液分离的方式，例如可以是倾析、抽滤、离心或过滤等。
优选地，所述含活性炭和石墨烯的分散液与植物提取液的体积比为(50～200):1，例如可以是50:1、60:1、70:1、90:1、100:1、120:1、140:1、160:1、180:1或200:1等。
本发明中含活性炭和石墨烯的分散液与植物提取液的体积比为(50～200):1，既能够保证活性炭与石墨烯间连接完整，又能保证植物提取液富余，避免导致活性炭损失部分孔结构，影响吸附过程。
优选地，所述水浴加热的温度为90～100℃，例如可以是90℃、91℃、92℃、93℃、94℃、95℃、96℃、97℃、98℃、99℃或100℃等。
优选地，所述水浴加热在第一搅拌下进行。
优选地，所述第一搅拌的速率为150～250r/min，例如可以是150r/min、160r/min、170r/min、180r/min、190r/min、200r/min、210r/min、220r/min、230r/min、240r/min或250r/min等。
优选地，所述第一搅拌的时间为10～20min，例如可以是10min、11min、12min、13min、14min、15min、16min、17min、18min、19min或20min等。
本发明对步骤(1)所述第一固液分离没有限制，可采用本领域技术人员熟知的任何可用于固液分离的方式，例如可以是倾析、抽滤、离心或过滤等。
优选地，步骤(1)所述焙烧的温度为300～800℃，例如可以是300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃或800℃等。
优选地，所述焙烧的时间为0.5～3h，例如可以是0.5h、0.7h、0.9h、1h、1.3h、1.5h、1.8h、2h、2.3h、2.5h、2.8h或3h等。
优选地，所述焙烧在氮气气氛下进行。
本发明中焙烧在氮气气氛下进行保护，降低表面氧化程度。
优选地，步骤(2)所述负载零价铁具体包括：第二混合所述负载石墨烯的活性炭和亚铁盐溶液，进行第一反应，得到第二混合分散液；第三混合所述第二混合分散液和还原剂溶液，进行第二反应，得到第三混合分散液，第二固液分离得到负载石墨烯和零价铁的活性炭。
本发明中将负载石墨烯的活性炭与亚铁盐溶液进行混合，进行第一反应，使得铁离子吸附到负载石墨烯的活性炭表面上，与表面存在的官能团络合，得到第二混合分散液；第三混合所述第二混合分散液和还原剂溶液，进行第二反应，还原剂将亚铁离子还原为零价铁，实现零价铁负载于活性炭上，得到第三混合分散液，第二固液分离得到负载石墨烯和零价铁的活性炭。
本发明以负载石墨烯的活性炭为载体，通过液相还原方式负载零价铁，提升零价铁的均匀负载，在活性炭表面形成均匀且粒径小的纳米零价铁颗粒，有效降低纳米零价铁在活性炭的团聚，增加其有效反应面积。
本发明对步骤(2)所述第二固液分离没有限制，可采用本领域技术人员熟知的任何可用于固液分离的方式，例如可以是倾析、抽滤、离心或过滤等。
优选地，所述第二混合在氮气气氛下进行。
本发明第二混合在氮气气氛下进行保护，降低氧化程度。
优选地，所述亚铁盐溶液包括水、分散剂和亚铁盐。
优选地，所述分散剂包括聚乙二醇和/或乙醇。
优选地，所述亚铁盐溶液中水与分散剂的体积比为(4～9):1，例如可以是4:1、4.5:1、5:1、5.5:1、6:1、6.5:1、7:1、7.5:1、8:1、8.5:1或9:1等。
优选地，所述亚铁盐溶液中亚铁盐的浓度为0.03～0.04mol/L，例如可以是0.03mol/L、0.031mol/L、0.032mol/L、0.033mol/L、0.034mol/L、0.035mol/L、0.036mol/L、0.037mol/L、0.038mol/L、0.039mol/L或0.04mol/L等，优选为0.034～0.038mol/L。
优选地，所述亚铁盐包括硫酸亚铁。
优选地，所述负载石墨烯的活性炭与亚铁盐溶液中铁的质量比为(45～60):1，例如可以是45:1、46:1、48:1、50:1、52:1、54:1、56:1、58:1或60:1等。
优选地，所述第一反应在氮气气氛下进行。
本发明第一反应在氮气气氛下进行保护，降低氧化程度。
优选地，所述第一反应的时间≥2h，例如可以是2h、2.5h、3h、3.5h或4h等。
优选地，所述第一反应在第二搅拌下进行。
本发明中第一反应在第二搅拌下进行，促进分散液中的传质过程，使第一反应能够反应均匀，铁在负载石墨烯的活性炭上分散分布。
优选地，所述第二搅拌的速率为150～250r/min，例如可以是150r/min、160r/min、170r/min、180r/min、190r/min、200r/min、210r/min、220r/min、230r/min、240r/min或250r/min等。
优选地，所述第三混合在氮气气氛下进行。
本发明第三混合在氮气气氛下进行保护，降低氧化程度。
优选地，所述还原剂包括硼氢化钠和/或硼氢化钾。
优选地，所述第二混合分散液中的亚铁盐与还原剂的摩尔比≤1:8，例如可以是1:8、1:8.5、1:9、1:9.5或1:10等。
优选地，所述第三混合包括将还原剂溶液滴加入第二混合分散液中。
优选地，所述滴加的速率为0.3～0.5mL/min，例如可以是0.3mL/min、0.32mL/min、0.34mL/min、0.36mL/min、0.38mL/min、0.4mL/min、0.42mL/min、0.44mL/min、0.46mL/min、0.48mL/min或0.5mL/min等。
优选地，所述第二混合分散液的体积与还原剂溶液的体积相等。
本发明第三混合中第二混合分散液的体积与还原剂溶液的体积相等，采用等体积法，能够保证环境的稳定性，使得产品性能稳定。
优选地，所述第二反应在氮气气氛下进行。
本发明第二反应在氮气气氛下进行保护，降低氧化程度。
优选地，所述第二反应的时间为3.3～5.5h，例如可以是3.3h、3.6h、3.9h、4.2h、4.5h、4.8h、5.1h、5.4h或5.5h等。
优选地，所述第二反应在第三搅拌下进行。
本发明中第二反应在第三搅拌下进行，促进分散液中的传质过程，使第二反应能够反应均匀。
优选地，所述第三搅拌的速率为400～500r/min，例如可以是400r/min、410r/min、420r/min、430r/min、440r/min、450r/min、460r/min、470r/min、480r/min、490r/min或500r/min等。
优选地，所述负载石墨烯和零价铁的活性炭经过第一洗涤。
本发明第一洗涤负载石墨烯和零价铁的活性炭，将所述负载石墨烯和零价铁的活性炭表面的杂质离子与分散剂洗去，避免影响后续反应。
本发明对第一洗涤的方式没有限制，可采用本领域技术人员熟知的任何可用于洗涤的方式，例如可以是水洗等。
优选地，步骤(3)所述负载抗菌金属包括：第四混合所述负载石墨烯和零价铁的活性炭和抗菌金属盐溶液，进行第三反应，得到第四混合分散液；所述第四混合分散液依次进行第三固液分离和干燥，得到活性炭基材料。
本发明第四混合负载石墨烯和零价铁的活性炭和抗菌金属盐溶液，进行第三反应，抗菌金属与零价铁接触，发生化学反应，使得抗菌金属与铁之间形成金属键，完成抗菌金属负载于活性炭上，得到第四混合分散液，依次经过固液分离和干燥，得到活性炭基材料，所述活性炭基材料包括在活性炭表面负载石墨烯、零价铁与抗菌金属。
本发明由于纳米零价铁的均匀负载以及铁与抗菌金属之间的氧化还原电势差，使抗菌金属在原位还原时，在活性炭表面反应更加均衡，制备的抗菌金属在活性炭表面分布更加均匀。
本发明对步骤(3)所述第三固液分离没有限制，可采用本领域技术人员熟知的任何可用于固液分离的方式，例如可以是倾析、抽滤、离心或过滤等。
优选地，所述第四混合在氮气气氛下进行。
本发明第四混合在氮气气氛下进行保护，降低氧化程度。
优选地，所述负载石墨烯和零价铁的活性炭中的活性炭与抗菌金属盐溶液中的抗菌金属的质量比为(100～500):1，例如可以是100:1、140:1、180:1、220:1、260:1、300:1、340:1、380:1、420:1、460:1或500:1等。
优选地，所述抗菌金属盐溶液中抗菌金属盐的浓度为0.002～0.63mol/L，例如可以是0.002mol/L、0.01mol/L、0.05mol/L、0.1mol/L、0.2mol/L、0.3mol/L、0.4mol/L、0.5mol/L、0.6mol/L或0.63mol/L等。
优选地，所述抗菌金属包括铜和/或银。
优选地，所述第三反应在氮气气氛下进行。
本发明第三反应在氮气气氛下进行保护，降低氧化程度。
优选地，所述第三反应的时间为1～2h，例如可以是1h、1.1h、1.2h、1.3h、1.4h、1.5h、1.6h、1.7h、1.8h、1.9h或2h等。
优选地，所述第三反应在第四搅拌下进行。
本发明中第三反应在第四搅拌下进行，促进分散液中的传质过程，使第三反应能够反应均匀。
优选地，所述第四搅拌的速率为500～600r/min，例如可以是500r/min、510r/min、520r/min、530r/min、540r/min、550r/min、560r/min、570r/min、580r/min、590r/min或600r/min等。
优选地，所述第三固液分离与干燥之间包括第二洗涤。
本发明对第二洗涤的方式没有限制，可采用本领域技术人员熟知的任何可用于洗涤的方式，例如可以是水洗等。
优选地，所述干燥包括真空干燥。
优选地，所述干燥的温度为70～80℃，例如可以是70℃、71℃、72℃、73℃、74℃、75℃、76℃、77℃、78℃、79℃或80℃等。
优选地，所述干燥的时间为24～48h，例如可以是24h、26h、28h、30h、32h、34h、36h、38h、40h、42h、44h、46h或48h等。
作为本发明优选的技术方案，所述制备方法包括以下步骤：
(1)按质量比为(10～30):1混合植物与水，所述植物包括薯类作物和/或谷物，在150～250r/min的速率下搅拌≥2min，固液分离，得到植物提取液；
将含活性炭和石墨烯的分散液与植物提取液按照体积比为(50～200):1进行第一混合，在温度为90～100℃下进行水浴加热，并伴随着速率为150～250r/min的第一搅拌10～20min，得到第一混合分散液，其中含活性炭和石墨烯的分散液中石墨烯的浓度为4～5mg/g，活性炭与石墨烯的质量比为1:(0.001～0.01)；所述第一混合分散液进行第一固液分离，在氮气气氛下进行温度为300～800℃的焙烧0.5～3h，得到负载石墨烯的活性炭；
(2)在氮气气氛下第二混合所述负载石墨烯的活性炭和亚铁盐溶液，其中亚铁盐溶液包括水、分散剂和亚铁盐，水与分散剂的体积比为(4～9):1，亚铁盐的浓度为0.03～0.04mol/L，负载石墨烯的活性炭与亚铁盐溶液中铁的质量比为(45～60):1，在速率为150～250r/min的搅拌下进行第一反应≥2h，得到第二混合分散液；
在氮气气氛下将还原剂溶液以0.3～0.5mL/min的速率滴加入第二混合分散液中进行第四混合，滴加至第二混合分散液中的亚铁盐与还原剂的摩尔比≤1:8，其中第二混合分散液的体积与还原剂溶液的体积相等，在速率为400～500r/min的第三搅拌下进行第二反应3.3～5.5h，得到第三混合分散液，第二固液分离得到负载石墨烯和零价铁的活性炭，随后第一洗涤负载石墨烯和零价铁的活性炭；
(3)在氮气气氛下第四混合所述负载石墨烯和零价铁的活性炭和抗菌金属盐溶液，其中负载石墨烯和零价铁的活性炭中的活性炭与抗菌金属盐溶液中的抗菌金属的质量比为(100～500):1，抗菌金属盐溶液中抗菌金属盐的浓度为0.002～0.16mol/L，在速率为500～600r/min的第四搅拌下进行第三反应1～2h，得到第四混合分散液；所述第四混合分散液依次进行第三固液分离、第二洗涤和70～80℃下真空干燥24～48h，得到活性炭基材料。
第三方面，本发明提供第一方面所述的活性炭基材料在抗菌抗病毒防护装备和净水过滤滤芯中的用途。
本发明提供的活性炭基材料，包括负载石墨烯的活性炭为载体，在载体上负载零价铁和抗菌金属，零价铁能够吸附并转化和降解水中多种污染物，进一步负载抗菌金属，零价铁与石墨烯之间以及零价铁和抗菌金属之间形成导电性良好的多重微电池反应系统，能够应用于抗菌抗病毒防护装备和净水过滤滤芯中，提升了反应效能。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明提供的活性炭基材料的制备方法，通过采用植物提取液提高了活性炭与石墨烯的复合和沉淀速度，其中植物提取液为添加少量块茎或谷物的提取液，实现了石墨烯在活性炭表面上的有效负载，加快了负载石墨烯的石墨碳与液相之间的有效分离；
(2)本发明提供的活性炭基材料的制备方法，通过液相还原实现纳米零价铁在负载石墨烯的活性炭上形成均匀且粒径小的纳米零价铁颗粒，有效降低纳米零价铁的团聚，增加其有效反应面积；
(3)本发明提供的活性炭基材料的制备方法，抗菌金属在原位还原时反应机会更加均衡，制备的抗菌金属在活性炭上分布地更加均匀；
(4)本发明提供的活性炭基材料的制备方法，所制备的活性炭基材料能够有效去除水中的污染物，其中三氯甲烷去除量≥5390.33μg/g，二氯一溴甲烷去除量≥5796.82μg/g，一氯二溴甲烷去除量≥6253.26μg/g，三溴甲烷去除量≥7004.37μg/g；优选条件下，三氯甲烷去除量≥6290.45μg/g，二氯一溴甲烷去除量≥6536.11μg/g，一氯二溴甲烷去除量≥7129.20μg/g，三溴甲烷去除量≥8000μg/g。
附图说明
图1是本发明实施例1中活性炭基材料的扫描电镜图。
图2是本发明实施例1中活性炭基材料的X射线衍射分析图。
图3是本发明实施例2中活性炭基材料的扫描电镜图。
图4是本发明实施例2中负载石墨烯的活性炭的扫描电镜图。
图5是本发明实施例2中活性炭基材料的X射线衍射分析图。
图6是本发明实施例3中负载石墨烯的活性炭的扫描电镜图。
图7是本发明对比例4中活性炭基材料的扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
一、实施例
实施例1
本实施例提供一种活性炭基材料，所述活性炭基材料包括载体及负载于载体上的活性组分；载体包括负载石墨烯的活性炭；活性组分包括零价铁和银；其中活性炭的粒径为0.075～0.18mm(80～200目)，石墨烯的平均粒径为60μm，零价铁的平均粒径为15nm，活性炭与石墨烯的质量比为1:0.001，负载石墨烯的活性炭与零价铁的质量比为50:1，活性炭与银的质量比为250:1。
本实施例提供所述活性炭基材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)按质量比为10:1混合木薯与水，在200r/min的速率下搅拌2min，固液分离，得到植物提取液；
将含活性炭和石墨烯的分散液与植物提取液按照体积比为100:1进行第一混合，在温度为100℃下进行水浴加热，并伴随着速率为200r/min的第一搅拌20min，得到第一混合分散液，其中含活性炭和石墨烯的分散液中石墨烯的浓度为4.8mg/g，活性炭与石墨烯的质量比为1:0.001；所述第一混合分散液进行第一固液分离，在氮气气氛下进行温度为500℃的焙烧2h，得到负载石墨烯的活性炭；
(2)在氮气气氛下第二混合所述负载石墨烯的活性炭和硫酸亚铁溶液，其中硫酸亚铁溶液由水、聚乙二醇(分子量为200)、乙醇和硫酸亚铁组成，聚乙二醇和乙醇的体积与水的体积之比为1:4，硫酸亚铁的浓度为0.036mol/L，负载石墨烯的活性炭与硫酸亚铁溶液中铁的质量比为50:1，在速率为200r/min的搅拌下进行第一反应12h，得到第二混合分散液；
在氮气气氛下将硼氢化钠溶液以0.4mL/min的速率滴加入第二混合分散液中进行第四混合，滴加至第二混合分散液中的硫酸亚铁与硼氢化钠的摩尔比为1:8，其中第二混合分散液的体积与硼氢化钠溶液的体积相等，在速率为450r/min的第三搅拌下进行第二反应4h，得到第三混合分散液，第二固液分离得到负载石墨烯和零价铁的活性炭，随后第一洗涤负载石墨烯和零价铁的活性炭；
(3)在氮气气氛下第四混合所述负载石墨烯和零价铁的活性炭和硝酸银溶液，其中负载石墨烯和零价铁的活性炭中的活性炭与硝酸银溶液中银的质量比为500:1，硝酸银溶液中银离子的浓度为0.630mol/L，在速率为500r/min的第四搅拌下进行第三反应1h，得到第四混合分散液；所述第四混合分散液依次进行第三固液分离、第二洗涤和70℃下真空干燥24h，得到活性炭基材料。
图1是本实施例活性炭基材料的扫描电镜图，可以看出除了薄层的石墨烯外，还有均匀的纳米颗粒负载于表面，表面大部分纳米零价铁的颗粒粒径均一，分布均匀，没有团聚的现象，由此纳米零价铁的反应活性可以实现最大化地发挥。
图2是本实施例活性炭基材料的X射线衍射分析图，从图中的衍射角和衍射峰的信息可以看出，除了表面的炭的无定型晶体外，还有单质铁和单质银的X射线衍射峰，由此表明，活性炭基材料由碳、铁和银的晶体组成。
实施例2
本实施例提供一种活性炭基材料，所述活性炭基材料包括载体及负载于载体上的活性组分；载体包括负载石墨烯的活性炭；活性组分包括零价铁和银；其中活性炭的粒径为0.15～0.25mm(60-100目)，石墨烯的平均粒径为100μm，零价铁的平均粒径为10nm，活性炭与石墨烯的质量比为1:0.005，负载石墨烯的活性炭与零价铁的质量比为60:1，活性炭与银的质量比为500:1。
本实施例提供所述活性炭基材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)按质量比为30:1混合红薯与水，在150r/min的速率下搅拌4min，固液分离，得到植物提取液；
将含活性炭和石墨烯的分散液与植物提取液按照体积比为50:1进行第一混合，在温度为90℃下进行水浴加热，并伴随着速率为150r/min的第一搅拌15min，得到第一混合分散液，其中含活性炭和石墨烯的分散液中石墨烯的浓度为4mg/g，活性炭与石墨烯的质量比为1:0.005；所述第一混合分散液进行第一固液分离，在氮气气氛下进行温度为300℃的焙烧3h，得到负载石墨烯的活性炭；
(2)在氮气气氛下第二混合所述负载石墨烯的活性炭和硫酸亚铁溶液，其中硫酸亚铁溶液由水、聚乙二醇(分子量为200)、乙醇和硫酸亚铁组成，聚乙二醇和乙醇的体积与水的体积之比为1:6，硫酸亚铁的浓度为0.03mol/L，负载石墨烯的活性炭与硫酸亚铁溶液中铁的质量比为60:1，在速率为150r/min的搅拌下进行第一反应12h，得到第二混合分散液；
在氮气气氛下将硼氢化钠溶液以0.3mL/min的速率滴加入第二混合分散液中进行第四混合，滴加至第二混合分散液中的硫酸亚铁与硼氢化钠的摩尔比为1:9，其中第二混合分散液的体积与硼氢化钠溶液的体积相等，在速率为400r/min的第三搅拌下进行第二反应5.5h，得到第三混合分散液，第二固液分离得到负载石墨烯和零价铁的活性炭，随后第一洗涤负载石墨烯和零价铁的活性炭；
(3)在氮气气氛下第四混合所述负载石墨烯和零价铁的活性炭和硝酸银溶液，其中负载石墨烯和零价铁的活性炭中的活性炭与硝酸银溶液中银的质量比为200:1，硝酸银溶液中银离子的浓度为0.002mol/L，在速率为550r/min的第四搅拌下进行第三反应1.5h，得到第四混合分散液；所述第四混合分散液依次进行第三固液分离、第二洗涤和75℃下真空干燥48h，得到活性炭基材料。
图3是本实施例活性炭基材料的扫描电镜图，可以看出除了薄层的石墨烯外，还有均匀的纳米颗粒负载于表面，表面大部分纳米零价铁的颗粒粒径均一，分布均匀，没有团聚的现象，由此纳米零价铁的反应活性可以实现最大化地发挥。
图4是本实施例负载石墨烯的活性炭的扫描电镜图，可以看出负载石墨烯的活性炭表面形成了清晰的石墨烯片层。
图5是本实施例活性炭基材料的X射线衍射分析图，从图中的衍射角和衍射峰的信息可以看出，除了表面的炭的无定型晶体外，还有单质铁和单质银的X射线衍射峰，由此表明，活性炭基材料由碳、铁和银的晶体组成。
实施例3
本实施例提供一种活性炭基材料，所述活性炭基材料包括载体及负载于载体上的活性组分；载体包括负载石墨烯的活性炭；活性组分包括零价铁和铜；其中活性炭的粒径为0.10～0.25mm(60-150目)，石墨烯的平均粒径为20μm，零价铁的平均粒径为20nm，活性炭与石墨烯的质量比为1:0.01，负载石墨烯的活性炭与零价铁的质量比为45:1，活性炭与铜的质量比为100:1。
本实施例提供所述活性炭基材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)按质量比为20:1混合土豆与水，在250r/min的速率下搅拌4min，固液分离，得到植物提取液；
将含活性炭和石墨烯的分散液与植物提取液按照体积比为200:1进行第一混合，在温度为100℃下进行水浴加热，并伴随着速率为250r/min的第一搅拌10min，得到第一混合分散液，其中含活性炭和石墨烯的分散液中石墨烯的浓度为5mg/g，活性炭与石墨烯的质量比为1:0.01；所述第一混合分散液进行第一固液分离，在氮气气氛下进行温度为800℃的焙烧0.5h，得到负载石墨烯的活性炭；
(2)在氮气气氛下第二混合所述负载石墨烯的活性炭和硫酸亚铁溶液，其中硫酸亚铁溶液由水、聚乙二醇(分子量为200)、乙醇和硫酸亚铁组成，聚乙二醇和乙醇的体积与水的体积之比为1:9，硫酸亚铁的浓度为0.04mol/L，负载石墨烯的活性炭与硫酸亚铁溶液中铁的质量比为45:1，在速率为250r/min的搅拌下进行第一反应12h，得到第二混合分散液；
在氮气气氛下将硼氢化钾溶液以0.5mL/min的速率滴加入第二混合分散液中进行第四混合，滴加至第二混合分散液中的硫酸亚铁与硼氢化钾的摩尔比为1:8，其中第二混合分散液的体积与硼氢化钾溶液的体积相等，在速率为500r/min的第三搅拌下进行第二反应3.3h，得到第三混合分散液，第二固液分离得到负载石墨烯和零价铁的活性炭，随后第一洗涤负载石墨烯和零价铁的活性炭；
(3)在氮气气氛下第四混合所述负载石墨烯和零价铁的活性炭和硝酸铜溶液，其中负载石墨烯和零价铁的活性炭中的活性炭与硝酸铜溶液中铜的质量比为100:1，硝酸铜溶液中铜离子的浓度为0.02mol/L，在速率为600r/min的第四搅拌下进行第三反应2h，得到第四混合分散液；所述第四混合分散液依次进行第三固液分离、第二洗涤和80℃下真空干燥36h，得到活性炭基材料。
图6是本实施例负载石墨烯的活性炭的扫描电镜图，可以看出负载石墨烯的活性炭表面形成了清晰的石墨烯片层。
实施例4
本实施例提供一种活性炭基材料，所述活性炭基材料的制备方法中步骤(1)含活性炭和石墨烯的分散液与植物提取液按照体积比控制为20:1，其余均与实施例1相同。
实施例5
本实施例提供一种活性炭基材料，所述活性炭基材料的制备方法中步骤(1)含活性炭和石墨烯的分散液与植物提取液按照体积比控制为250:1，其余均与实施例1相同。
二、对比例
对比例1
本对比例提供一种活性炭基材料，所述活性炭基材料的制备方法中步骤(1)将植物提取液替换为淀粉溶液，其余均与实施例1相同。
对比例2
本对比例提供一种活性炭基材料，所述活性炭基材料的制备方法中步骤(1)将植物提取液替换为乙二胺溶液，其余均与实施例1相同。
对比例3
本对比例提供一种活性炭基材料，所述活性炭基材料的制备方法中不进行步骤(3)，则活性炭基材料表面无银负载，其余均与实施例1相同。
对比例4
本对比例提供一种活性炭基材料，所述活性炭基材料的制备方法中不进行步骤(2)和(3)，则活性炭基材料表面无铁和银负载，其余均与实施例1相同，则本对比例提供的活性炭基材料为实施例1中的负载石墨烯的活性炭。
图7是本对比例活性炭基材料的扫描电镜图，可以看出负载石墨烯的活性炭表面形成了清晰的石墨烯片层。
对比例5
本对比例提供一种活性炭，所述活性炭为实施例1中的粒径为0.4mm的活性炭。
三、测试及结果
活性炭基材料分解污染物能力的测试方法：分别配置800ppb的三氯甲烷、二氯一溴甲烷、一氯二溴甲烷和三溴甲烷的溶液50mL，分别加入0.005g活性炭基材料，各溶液的初始pH值为6.5-7.0，水浴温度为25℃，反应时间为6h，将反应后的溶液分别通过型号为7890A的电子俘获检测器进行分析。
以上实施例和对比例的测试结果如表1所示。
表1
Figure BDA0002957022880000201
从表1可以看出以下几点：
(1)本发明提供的活性炭基材料的制备方法，通过使用薯类作物和/或谷物的提取液，实现在活性炭表面有效负载石墨烯，通过液相还原方式在活性炭上负载零价铁和抗菌金属，提升零价铁和抗菌金属在活性炭上的均匀负载，得到活性炭基材料，提升净水反应效能，具体而言，实施例1～5中三氯甲烷去除量≥5390.33μg/g，二氯一溴甲烷去除量≥5796.82μg/g，一氯二溴甲烷去除量≥6253.26μg/g，三溴甲烷去除量≥7004.37μg/g；优选条件下，三氯甲烷去除量≥6290.45μg/g，二氯一溴甲烷去除量≥6536.11μg/g，一氯二溴甲烷去除量≥7129.20μg/g，三溴甲烷去除量≥8000μg/g；
(2)结合实施例1和实施例4～5可知，实施例1中含活性炭和石墨烯的分散液与植物提取液按照体积比控制为100:1，相较于实施例4～5中含活性炭和石墨烯的分散液与植物提取液按照体积比分别控制为20:1和250:1而言，实施例1中三氯甲烷去除量为7061.52μg/g，二氯一溴甲烷去除量为7562.04μg/g，一氯二溴甲烷去除量为7895.73μg/g，三溴甲烷去除量为8000μg/g，实施例4～5中三氯甲烷去除量分别为5390.33μg/g和5503.89μg/g，二氯一溴甲烷去除量分别为5796.82μg/g和6012.49μg/g，一氯二溴甲烷去除量分别为6253.26μg/g和6348.16μg/g，三溴甲烷去除量分别为7004.37μg/g和7304.58μg/g，由此表明，本发明将含活性炭和石墨烯的分散液与植物提取液按照体积比控制在一定范围内，能够进一步提高活性炭基材料的净水性能；
(3)结合实施例1和对比例1～2可知，实施例1中选用木薯的植物提取液，相较于对比例1～2中植物提取液分别替换为淀粉溶液和乙二胺溶液而言，实施例1中三氯甲烷去除量为7061.52μg/g，二氯一溴甲烷去除量为7562.04μg/g，一氯二溴甲烷去除量为7895.73μg/g，三溴甲烷去除量为8000μg/g，对比例1～2中三氯甲烷去除量分别为4894.32μg/g和5960.45μg/g，二氯一溴甲烷去除量分别为5136.73μg/g和6492.11μg/g，一氯二溴甲烷去除量分别为5476.65μg/g和6970.20μg/g，三溴甲烷去除量分别为6537.42μg/g和7564.0μg/g，由此表明，本发明选用植物提取液来连接活性炭和石墨烯，能够提高活性炭基材料的净水性能；
(4)结合实施例1和对比例3可知，实施例1中进行步骤(3)负载银，相较于对比例1中不进行步骤(3)负载银而言，实施例1中三氯甲烷去除量为7061.52μg/g，二氯一溴甲烷去除量为7562.04μg/g，一氯二溴甲烷去除量为7895.73μg/g，三溴甲烷去除量为8000μg/g，对比例3中三氯甲烷去除量为6258.17μg/g，二氯一溴甲烷去除量为6466.72μg/g，一氯二溴甲烷去除量为6946.38μg/g，三溴甲烷去除量为7989.14μg/g，由此表明，本发明进行步骤(3)负载抗菌金属，能够提高活性炭基材料的净水性能；
(5)结合实施例1和对比例4可知，实施例1中进行步骤(2)和(3)，即负载零价铁和银，相较于对比例1中不进行步骤(2)和(3)，即不负载零价铁和银而言，实施例1中三氯甲烷去除量为7061.52μg/g，二氯一溴甲烷去除量为7562.04μg/g，一氯二溴甲烷去除量为7895.73μg/g，三溴甲烷去除量为8000μg/g，对比例4中三氯甲烷去除量为5783.37μg/g，二氯一溴甲烷去除量为5958.56μg/g，一氯二溴甲烷去除量为6527.63μg/g，三溴甲烷去除量为7883.21μg/g，由此表明，本发明进行步骤(2)和(3)，即负载零价铁和抗菌金属，能够提高活性炭基材料的净水性能；
(6)结合实施例1和对比例5可知，实施例1中在活性炭上负载石墨烯、零价铁和银，相较于对比例1中不在活性炭上负载石墨烯、零价铁和银而言，实施例1中三氯甲烷去除量为7061.52μg/g，二氯一溴甲烷去除量为7562.04μg/g，一氯二溴甲烷去除量为7895.73μg/g，三溴甲烷去除量为8000μg/g，对比例5中三氯甲烷去除量为4775.24μg/g，二氯一溴甲烷去除量为5001.31μg/g，一氯二溴甲烷去除量为5256.98μg/g，三溴甲烷去除量为6269.03μg/g，由此表明，本发明在活性炭上负载石墨烯、零价铁和抗菌金属，能够提高活性炭基材料的净水性能。
综上所述，本发明提供的活性炭基材料的制备方法，通过使用薯类作物和/或谷物的提取液，实现在活性炭表面有效负载石墨烯，同时再在活性炭上负载零价铁和抗菌金属，能够提高活性炭基材料的净水性能，三氯甲烷去除量≥5390.33μg/g，二氯一溴甲烷去除量≥5796.82μg/g，一氯二溴甲烷去除量≥6253.26μg/g，三溴甲烷去除量≥7004.37μg/g；优选条件下，三氯甲烷去除量≥6290.45μg/g，二氯一溴甲烷去除量≥6536.11μg/g，一氯二溴甲烷去除量≥7129.20μg/g，三溴甲烷去除量≥8000μg/g。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种活性炭基材料，其特征在于，所述活性炭基材料包括载体及负载于所述载体上的活性组分；
所述载体包括负载石墨烯的活性炭；
所述活性组分包括零价铁和抗菌金属。
2.根据权利要求1所述的活性炭基材料，其特征在于，所述抗菌金属包括铜和/或银。
3.根据权利要求1或2所述的活性炭基材料，其特征在于，所述活性炭的粒径为0.075～0.25mm；
优选地，所述零价铁的粒径为10～20nm；
优选地，所述活性炭与石墨烯的质量比为1:(0.001～0.01)；
优选地，所述载体与零价铁的质量比为(45～60):1；
优选地，所述活性炭与抗菌金属的质量比为(100～500):1。
4.根据权利要求1～3任一项所述的活性炭基材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
(1)将含活性炭和石墨烯的分散液与植物提取液进行第一混合，所述植物包括薯类作物和/或谷物，水浴加热，得到第一混合分散液；所述第一混合分散液依次进行第一固液分离和焙烧，得到负载石墨烯的活性炭；
(2)在负载石墨烯的活性炭上负载零价铁，得到负载石墨烯和零价铁的活性炭；
(3)在负载石墨烯和零价铁的活性炭上负载抗菌金属，得到活性炭基材料。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述含活性炭和石墨烯的分散液中活性炭与石墨烯的质量比为1:(0.001～0.01)；
优选地，所述含活性炭和石墨烯的分散液中石墨烯的浓度为4～5mg/g；
优选地，所述植物提取液的制备方法包括：按质量比(10～30):1混合植物与水，在150～250r/min的速率下搅拌≥2min，固液分离，得到植物提取液；
优选地，所述含活性炭和石墨烯的分散液与植物提取液的体积比为(50～200):1；
优选地，所述水浴加热的温度为90～100℃；
优选地，所述水浴加热在第一搅拌下进行；
优选地，所述第一搅拌的速率为150～250r/min；
优选地，所述第一搅拌的时间为10～20min。
6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述焙烧的温度为300～800℃；
优选地，所述焙烧的时间为0.5～3h；
优选地，所述焙烧在氮气气氛下进行。
7.根据权利要求4～6任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述负载零价铁包括：第二混合所述负载石墨烯的活性炭和亚铁盐溶液，进行第一反应，得到第二混合分散液；第三混合所述第二混合分散液和还原剂溶液，进行第二反应，得到第三混合分散液，第二固液分离得到负载石墨烯和零价铁的活性炭；
优选地，所述第二混合在氮气气氛下进行；
优选地，所述亚铁盐溶液包括水、分散剂和亚铁盐；
优选地，所述分散剂包括聚乙二醇和/或乙醇；
优选地，所述亚铁盐溶液中水与分散剂的体积比为(4～9):1；
优选地，所述亚铁盐溶液中亚铁盐的浓度为0.03～0.04mol/L；
优选地，所述亚铁盐包括硫酸亚铁；
优选地，所述负载石墨烯的活性炭与亚铁盐溶液中铁的质量比为(45～60):1；
优选地，所述第一反应在氮气气氛下进行；
优选地，所述第一反应的时间≥2h；
优选地，所述第一反应在第二搅拌下进行；
优选地，所述第二搅拌的速率为150～250r/min；
优选地，所述第三混合在氮气气氛下进行；
优选地，所述还原剂包括硼氢化钠和/或硼氢化钾；
优选地，所述第二混合分散液中的亚铁盐与还原剂的摩尔比≤1:8；
优选地，所述第三混合包括将还原剂溶液滴加入第二混合分散液中；
优选地，所述滴加的速率为0.3～0.5mL/min；
优选地，所述第二混合分散液的体积与还原剂溶液的体积相等；
优选地，所述第二反应在氮气气氛下进行；
优选地，所述第二反应的时间为3.3～5.5h；
优选地，所述第二反应在第三搅拌下进行；
优选地，所述第三搅拌的速率为400～500r/min；
优选地，所述负载石墨烯和零价铁的活性炭经过第一洗涤。
8.根据权利要求4～7任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述负载抗菌金属包括：第四混合所述负载石墨烯和零价铁的活性炭和抗菌金属盐溶液，进行第三反应，得到第四混合分散液；所述第四混合分散液依次进行第三固液分离和干燥，得到活性炭基材料；
优选地，所述第四混合在氮气气氛下进行；
优选地，所述负载石墨烯和零价铁的活性炭中的活性炭与抗菌金属盐溶液中的抗菌金属的质量比为(100～500):1；
优选地，所述抗菌金属盐溶液中抗菌金属盐的浓度为0.002～0.63mol/L；
优选地，所述抗菌金属包括铜和/或银；
优选地，所述第三反应在氮气气氛下进行；
优选地，所述第三反应的时间为1～2h；
优选地，所述第三反应在第四搅拌下进行；
优选地，所述第四搅拌的速率为500～600r/min；
优选地，所述第三固液分离与干燥之间包括第二洗涤；
优选地，所述干燥包括真空干燥；
优选地，所述干燥的温度为70～80℃；
优选地，所述干燥的时间为24～48h。
9.根据权利要求4～8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)按质量比为(10～30):1混合植物与水，所述植物包括薯类作物和/或谷物，在150～250r/min的速率下搅拌≥2min，固液分离，得到植物提取液；
将含活性炭和石墨烯的分散液与植物提取液按照体积比为(50～200):1进行第一混合，在温度为90～100℃下进行水浴加热，并伴随着速率为150～250r/min的第一搅拌10～20min，得到第一混合分散液，其中含活性炭和石墨烯的分散液中石墨烯的浓度为4～5mg/g，活性炭与石墨烯的质量比为1:(0.001～0.01)；所述第一混合分散液进行第一固液分离，在氮气气氛下进行温度为300～800℃的焙烧0.5～3h，得到负载石墨烯的活性炭；
(2)在氮气气氛下第二混合所述负载石墨烯的活性炭和亚铁盐溶液，其中亚铁盐溶液包括水、分散剂和亚铁盐，水与分散剂的体积比为(4～9):1，亚铁盐的浓度为0.03～0.04mol/L，负载石墨烯的活性炭与亚铁盐溶液中铁的质量比为(45～60):1，在速率为150～250r/min的搅拌下进行第一反应≥2h，得到第二混合分散液；
在氮气气氛下将还原剂溶液以0.3～0.5mL/min的速率滴加入第二混合分散液中进行第四混合，滴加至第二混合分散液中的亚铁盐与还原剂的摩尔比≤1:8，其中第二混合分散液的体积与还原剂溶液的体积相等，在速率为400～500r/min的第三搅拌下进行第二反应3.3～5.5h，得到第三混合分散液，第二固液分离得到负载石墨烯和零价铁的活性炭，随后第一洗涤负载石墨烯和零价铁的活性炭；
(3)在氮气气氛下第四混合所述负载石墨烯和零价铁的活性炭和抗菌金属盐溶液，其中负载石墨烯和零价铁的活性炭中的活性炭与抗菌金属盐溶液中的抗菌金属的质量比为(100～500):1，抗菌金属盐溶液中抗菌金属盐的浓度为0.002～0.63mol/L，在速率为500～600r/min的第四搅拌下进行第三反应1～2h，得到第四混合分散液；所述第四混合分散液依次进行第三固液分离、第二洗涤和70～80℃下真空干燥24～48h，得到活性炭基材料。
10.根据权利要求1～3任一项所述的活性炭基材料在抗菌抗病毒防护装备和净水过滤滤芯中的用途。
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