超細納米材料,用活性炭製備該材料的方法及其用途的製作方法

2023-05-06 14:48:51 5

專利名稱：超細納米材料,用活性炭製備該材料的方法及其用途的製作方法
技術領域：
本發明涉及超細納米材料，用活性炭製備該材料的方法及其用途，更具體涉及存在於活性炭微孔中的銳鈦型二氧化鈦納米顆粒與活性炭的複合物、存在於活性炭微孔中的氯化銀與活性炭複合物、超細銳鈦型二氧化鈦納米材料、超細氧化鋅納米材料以及用活性炭製備這些材料的方法及其用途。
納米技術是當今世界新技術新材料領域。一般10納米以下的粒子銳鈦型二氧化鈦就有獨特的電子性能，越細性能越好，可用於各種高科技領域。這種納米粉遇到一定波長的光(例如紫外線)，電子轉移放出的能量能夠分解各種有機物和部分無機物質，得到最簡單的的元素或化合物，並且能夠損害細菌的細胞膜致其死亡。存在於活性炭微孔中的納米級氯化銀是一種高效率的殺菌、淨化生水納米材料。特別是本發明的超細氧化鋅納材料可用於軍事技術中。
目前大多數採用膠溶法製造超細納米粉，國內現在的水平做到平均粒子直徑為35納米，而且製造步驟相當複雜。
本發明的目的是提供一種超細納米材料，該超細納米材料是一種存在於活性炭孔徑內的複合物，所述的納米顆粒的粒徑小於10納米，所述的活性炭的平均孔徑為2-10納米。
本發明的目的是提供另一種超細納米材料，該超細納米材料是一種存在於活性炭孔徑內的複合物，所述的納米顆粒為銳鈦型二氧化鈦或納米級氯化銀，所述的活性炭的平均孔徑為2-5納米。
本發明的另一目的是提供一種超細納米材料，該超細納米材料是一種粒徑為6-12.5納米的銳鈦型二氧化鈦納米粉或超細氧化鋅納米粉。
本發明的進一步的目的是提供一種用活性炭製備上述的各種超細納米材料的方法。
本發明的再一個目的是提供本發明所述的納米材料的應用，將所述的納米材料應用於環保工程中的氣體淨化。
本發明的一種超細納米材料是一種納米顆粒與活性炭的複合物，所述的納米顆粒的粒徑小於10納米，所述的活性炭的平均孔徑為2-10納米。本發明的這種納米材料中的納米顆粒是一種在活性炭的孔隙中能夠沉澱、加熱至500℃時不會分解的物質。本發明的這種納米材料中的納米顆粒可以選自下列物質二氧化鈦，氧化鋅，氧化鎂，二氧化鎵，二氧化矽，二氧化鋯，氧化釹，鈦酸鋇，二氧化錫，四氟化三矽，碳酸鈣，銅-鎳複合粉，氧化鈷，稀有金屬粉，氧化釔，硫化鎘，三氧化二鋁，三氧化二鉻，硫化鉻，氧化鎳，重金屬硫化物，重金屬氧化物，重金屬粉，銀粉，氯化銀，硫化鋅-錳複合粉，氧化鐵，鐵粉，銅粉，氧化鋯，二氧化鐐-二氧化錫複合粉，氧化鋦或硫化鋦。
本發明的一種較佳的納米材料中所述的納米顆粒為銳鈦型二氧化鈦，所述的活性炭的平均孔徑為2-5納米。
本發明的一種更佳的納米材料中所述的銳鈦型二氧化鈦的粒徑為3-3.5納米。
本發明的這種超細納米材料是通過本發明的新的方法來製備的。本發明的新方法是通過活性炭來完成的，該方法包括以下步驟(a)將2重量份的可溶性鹽配成5-30％重量濃度的水溶液，再將8重量份微孔直徑為2-10納米的活性炭浸泡在該鹽水溶液中，使活性炭吸附所述的鹽溶液，所述的可溶性鹽選自如權利要求3所述各物質相應的可溶性硫酸鹽，硝酸鹽，氯化物，碳酸鹽，偏辛酸鹽或偏矽酸鹽；(b)煮沸1-15小時，然後在室溫下冷卻；(c)用10-20％重量濃度的氫氧化鈉中和，使產生沉澱，並浸泡放置10-24小時；(d)洗滌除去反應中所生成的廢料；(e)在105-110℃溫度下乾燥，得到存在於活性炭孔徑內的不定型的納米顆粒與活性炭的複合物。
當本發明方法中步驟(a)的活性炭的微孔直徑為2-5納米，所述的可溶性鹽選自硫酸鈦，氯化鈦或硝酸鈦時則所述的步驟(c)中所產生的沉澱是Ti(OH)4；所述的步驟(d)中洗滌除去的廢料為硫酸鈉，氯化鈉或硝酸鈉；所述的步驟(e)中乾燥後所得到的是存在於活性炭孔徑內的不定型的二氧化鈦納米顆粒與活性炭的複合物；此時如果在該方法中進一步包括下列步驟(f)在200-500℃的溫度下隔離空氣加熱1-2小時使銳鈦化；(g)冷卻至室溫，並用粉碎機粉碎至300目/吋以上，即可以得到存在於活性炭孔徑內的銳鈦型二氧化鈦納米顆粒與活性炭的複合物。
本發明的另一種較佳的複合物是吸附在活性炭微孔中的納米氯化銀複合物，該複合物可通過如下方法來製備用蒸餾水將硝酸銀配成0.1-1％(重量)濃度的硝酸銀水溶液，再將與該硝酸銀水溶液等重量的、平均孔徑為2納米的活性炭浸泡在該硝酸銀水溶液中，使活性炭與所述的硝酸銀溶液充分混合，100℃煮沸2-15小時，然後冷卻至室溫；在上述的活性炭與硝酸銀的混合物中邊攪拌邊加入過量的氯化鈉，然後浸泡放置24小時，使活性炭孔徑中的硝酸銀轉化為氯化銀，洗滌除去反應中所生成的硝酸鈉，在105-110℃烘乾即得到存在於活性炭微孔中的納米氯化銀與活性炭的複合物。
本發明的另一種超細納米材料是一種粒徑為6-12.5納米的納米粉。本發明的這種納米粉可以選自下列物質二氧化鈦，氧化鋅，氧化鎂，二氧化鎵，二氧化矽，二氧化鋯，氧化釹，鈦酸鋇，二氧化錫，四氟化三矽，碳酸鈣，銅-鎳複合粉，氧化鈷，稀有金屬粉，氧化釔，硫化鎘，三氧化二鋁，三氧化二鉻，硫化鉻，氧化鎳，重金屬硫化物，重金屬氧化物，重金屬粉，銀粉，氯化銀，硫化鋅-錳複合粉，氧化鐵，鐵粉，銅粉，氧化鋯，二氧化鐐-二氧化錫複合粉，氧化鋦或硫化鋦。
本發明的一種較佳的納米材料為銳鈦型二氧化鈦納米粉。本發明的一種更佳的銳鈦型二氧化鈦納米粉的粒徑為3-3.5納米。
本發明的這種超細納米材料是通過活性炭來製備的，該方法包括以下步驟(a)將2重量份的可溶性鹽配成5-30％重量濃度的水溶液，再將8重量份微孔直徑為2-10納米的活性炭浸泡在該鹽水溶液中，使活性炭吸附所述的鹽溶液，所述的可溶性鹽選自如權利要求3所述各物質相應的可溶性硫酸鹽，硝酸鹽，氯化物，碳酸鹽，偏辛酸鹽或偏矽酸鹽；(b)煮沸1-15小時，然後在室溫下冷卻；(c)用10-20％重量濃度的氫氧化鈉中和，使產生沉澱，並浸泡放置10-24小時；(d)洗滌除去反應中所生成的廢料；(e)在105-110℃溫度下乾燥，得到存在於活性炭孔徑內的不定型的納米顆粒與活性炭的複合物。
(f)在200-500℃空氣中氧化除去活性炭，即得到本發明的產品納米粉。
當本發明方法中步驟(a)中的活性炭的微孔直徑為2-5納米，所述的可溶性鹽選自硫酸鈦，氯化鈦或硝酸鈦時；則所述的步驟(c)中所產生的沉澱是Ti(OH)4；所述的步驟(d)中洗滌除去的廢料為硫酸鈉，氯化鈉或硝酸鈉；所述的步驟(e)中乾燥後所得到的是存在於活性炭孔徑內的不定型的二氧化鈦納米顆粒與活性炭的複合物；在步驟(f)中所得到的是本發明的銳鈦型二氧化鈦納米粉。
本發明的另一種較佳的納米材料為氧化鋅納米粉。本發明的一種較佳的氧化鋅納米粉的粒徑為6-12.5納米。
本發明的氧化鋅納米粉是通過下述方法來製備的將1-10重量份的硫酸鋅配成5-30％(重量)濃度的水溶液，再將8重量份、平均孔徑為2-10納米的活性炭浸泡在該鹽水溶液中，使活性炭與所述的硫酸鋅溶液充分混合，煮沸1-15小時後過濾，得到在活性炭微孔中吸附有硫酸鋅溶液的活性炭複合物，將該吸附有硫酸鋅溶液的活性炭複合物置於封閉的不鏽鋼盒子中，105-110℃烘乾，逐步升溫至800-900℃，保溫2-15小時後可得到在活性炭微孔中的氧化鋅與活性炭複合物，冷卻至400-600℃後打開不鏽鋼盒子的蓋，在空氣中自然氧化去除活性炭後，即得到平均粒徑為6-12.5納米的氧化鋅納米材料。
本發明用活性炭方法製備的超細納米材料中的納米顆粒的平均粒徑小於10納米，本發明較佳的銳鈦型二氧化鈦與活性炭複合物中的納米顆粒的平均粒徑僅3-3.5納米，比目前市場上現有的納米粉的粒徑細得多，因此用於環境保護，氣體淨化，的效果較好。本發明的超細納米材料還可以安全地用於空調器或室內牆壁的塗料。特別是本發明的銳鈦型二氧化鈦納米粉能夠用作紫外光光照下的催化劑，可解決空氣中的汙染氣體的光分解問題。本發明的在活性炭微孔中的氯化銀與活性炭的複合材料可用於生水淨化及殺菌，製備生飲水。本發明的氧化鋅納米材料在軍事上用作吸收強電磁波，避開敵方雷達的搜索。本發明用活性炭製備超細納米材料的方法設備簡單，且易於控制。所以本發明的產品具有廣泛的應用前景。以下通過實施例對本發明的產品和方法作進一步的說明。
實施例A將2重量份的硫酸鈦配成10％(重量)濃度的水溶液，再將8重量份平均孔徑為2納米的活性炭浸泡在該鹽水溶液中，使活性炭與所述的硫酸鈦溶液充分混合，煮沸2小時，然後在室溫下冷卻8小時；用2重量份的氫氧化鈉配成10％(重量)濃度的氫氧化鈉水溶液，攪拌下將此氫氧化鈉水溶液加入至上述的活性炭與硫酸鈦溶液混合物中，然後浸泡放置24小時，使活性炭孔徑中的硫酸鈦轉化為氫氧化鈦，並最終失水為不定型二氧化鈦，洗滌除去反應中所生成的硫酸鈉，在105℃乾燥即得到存在於活性炭微孔中的不定型二氧化鈦與活性炭的複合物。
實施例B將實施例A所得到的存在於活性炭微孔中的不定型二氧化鈦與活性炭的複合物放置在封閉的不鏽鋼盒子中，在隔絕空氣的條件下500℃保溫2小時，使複合物中的不定型二氧化鈦轉變成銳鈦型二氧化鈦顆粒(其顆粒的平均粒徑為3-3.5納米)，然後使其冷卻至室溫，從不鏽鋼盒子中取出該複合物並用粉碎機粉碎至300目/吋，即得到在活性炭微孔中的平均粒徑為3-3.5納米的銳鈦型二氧化鈦納米顆粒與活性炭的複合物。
實施例C將實施例A所得到的存在於活性炭微孔中的不定型二氧化鈦與活性炭的複合物放置在封閉的不鏽鋼盒子中，在隔絕空氣的條件下500℃保溫2小時，使複合物中的不定型二氧化鈦轉變成銳鈦型二氧化鈦顆粒(其顆粒的平均粒徑為3-3.5納米)，除去不鏽鋼盒子的蓋，500℃下使該複合物與空氣接觸4小時，使複合物中的活性炭全部氧化掉，冷卻，即得到白色的銳鈦型二氧化鈦納米顆粒，其顆粒的平均粒徑為6-12.5納米。
實施例D將2重量份的硫酸鋅配成10％(重量)濃度的水溶液，再將8重量份平均孔徑為2納米的活性炭浸泡在該鹽水溶液中，使活性炭與所述的硫酸鋅溶液充分混合，煮沸2小時後過濾，得到微孔中吸附有硫酸鋅溶液的活性炭複合物，將該吸附有硫酸鋅溶液的活性炭複合物置於封閉的不鏽鋼盒子中，105℃烘乾，逐步升溫至800℃，保溫2小時後可得到在活性炭微孔中的氧化鋅與活性炭的複合物，冷卻至500℃後打開不鏽鋼盒子的蓋，在空氣中自然氧化去除活性炭後，即得到平均粒徑為6-12.5納米的氧化鋅納米材料。
實施例E用蒸餾水將0.2重量份的硝酸銀用100重量份的蒸餾水配成0.2％(重量)濃度的硝酸銀水溶液，再將100重量份平均孔徑為2納米的活性炭浸泡在該硝酸銀水溶液中，使活性炭與所述的硝酸銀溶液充分混合，100℃煮沸2小時，然後冷卻至室溫；在上述的活性炭與硝酸銀混合溶液中邊攪拌邊加入過量的氯化鈉，然後浸泡放置24小時，使活性炭孔徑中的硝酸銀轉化為氯化銀，洗滌除去反應中所生成的硝酸鈉，在105℃烘乾即得到存在於活性炭微孔中的超細納米級氯化銀與活性炭的複合物。按照實施例A的方法(固定活性碳的重量份)改變操作條件製備實施例1-30的不定型二氧化鈦與活性炭的複合物
按照實施例D的方法(固定活性碳的重量份)改變操作溫度製備實施例31-35的氧化鋅納米材料
按照實施例E的方法(固定活性碳的重量份)製備實施例36-40的吸附在活性炭微孔中的納米氯化銀與活性炭的複合物
按照實施例B的方法，改變操作條件製備實施例41-70產品的銳鈦型二氧化鈦顆粒與活性碳的複合物
按照實施例C的方法，改變操作條件製備實施例1-30產品相應的銳鈦型二氧化鈦納米顆粒
通過以上實施例進一步說明了本發明的超細納米材料的優異性能，與現有技術相比，本發明方法及用本發明方法所製得的產品的效果是十分明顯的。本發明的上述實施例只是為了說明本發明的內容，而不是將本發明具體限制在所說明的具體實施例方式。本領域的技術人員都會理解本發明包括對於具體實施例所作的各種不背離本發明實質和範圍的改變和修正。
權利要求
1．一種超細納米材料，其特徵在於該超細納米材料是一種存在於活性炭孔徑內的不定型納米顆粒與活性炭的複合物，所述的納米顆粒的粒徑小於10納米，所述的活性炭的平均孔徑為2-10納米。
2．如權利要求1所述的納米材料，其特徵還在於所述的納米顆粒是一種在活性炭的孔隙中能夠沉澱、加熱至500℃時不會分解的物質。
3．如權利要求2所述的納米材料，其特徵還在於所述的納米顆粒選自下列物質二氧化鈦，氧化鋅，氧化鎂，二氧化鎵，二氧化矽，二氧化鋯，氧化釹，鈦酸鋇，二氧化錫，四氟化三矽，碳酸鈣，銅-鎳複合粉，氧化鈷，稀有金屬粉，氧化釔，硫化鎘，三氧化二鋁，三氧化二鉻，硫化鉻，氧化鎳，重金屬硫化物，重金屬氧化物，重金屬粉，銀粉，氯化銀，硫化鋅-錳複合粉，氧化鐵，鐵粉，銅粉，氧化鋯，二氧化鐐-二氧化錫複合粉，氧化鋦或硫化鋦。
4．如權利要求3所述的納米材料，其特徵還在於所述的納米顆粒為銳鈦型二氧化鈦，所述的活性炭的平均孔徑為2-5納米。
5．如權利要求4所述的納米材料，其特徵還在於所述的銳鈦型二氧化鈦的粒徑為3-3.5納米。
6．如權利要求3所述的納米材料，其特徵還在於所述的納米顆粒為納米級氯化銀，所述的活性炭的平均孔徑為2-5納米。
7．如權利要求6所述的納米材料，其特徵還在於所述的氯化銀的粒徑為3-3.5納米。
8．如權利要求1-3任一權利要求所述的納米材料的製備方法，其特徵在於它包括以下步驟(a)將2重量份的可溶性鹽配成5-30％重量濃度的水溶液，再將8重量份微孔直徑為2-10納米的活性炭浸泡在該鹽水溶液中，使活性炭吸附所述的鹽溶液，所述的可溶性鹽選自如權利要求3所述各物質相應的可溶性硫酸鹽，硝酸鹽，氯化物，碳酸鹽，偏辛酸鹽或偏矽酸鹽；(b)煮沸1-15小時，然後在室溫下冷卻；(c)用10-20％重量濃度的氫氧化鈉中和，使產生沉澱，並浸泡放置10-24小時；(d)洗滌除去反應中所生成的廢料；(e)在105-110℃溫度下乾燥，得到存在於活性炭孔徑內的不定型納米顆粒與活性炭的複合物。
9．如權利要求8所述的納米材料的製備方法，其特徵還在於所述的步驟(a)中的活性炭的微孔直徑為2-5納米，所述的可溶性鹽選自硫酸鈦，氯化鈦或硝酸鈦；所述的步驟(c)中所產生的沉澱是Ti(OH)4；所述的步驟(d)中洗滌除去的廢料為硫酸鈉，氯化鈉或硝酸鈉；所述的步驟(e)中乾燥後所得到的是存在於活性炭孔徑內的不定型的二氧化鈦納米顆粒與活性炭的複合物；此外，該方法中還包括下列步驟(f)在200-500℃的溫度下隔離空氣加熱1-2小時使銳鈦化；(g)冷卻至室溫，並用粉碎機粉碎至300目/吋以上，即得到存在於活性炭孔徑內的銳鈦型二氧化鈦納米顆粒與活性炭的複合物。
10．如權利要求6或7所述的納米材料的製備方法，其特徵在於它包括如下步驟用蒸餾水將硝酸銀配成0.1-1％(重量)濃度的硝酸銀水溶液，再將與該硝酸銀水溶液等重量的、平均孔徑為2納米的活性炭浸泡在該硝酸銀水溶液中，使活性炭與所述的硝酸銀溶液充分混合，100℃煮沸2-15小時，然後冷卻至室溫；在上述的活性炭與硝酸銀的混合物中邊攪拌邊加入過量的氯化鈉，然後浸泡放置24小時，使活性炭孔徑中的硝酸銀轉化為氯化銀，洗滌除去反應中所生成的硝酸鈉，在105-110℃烘乾即得到存在於活性炭微孔中超細的納米氯化銀與活性炭的複合物。
11．如權利要求10所述的納米材料的製備方法，其特徵在於充分混合後的活性炭與硝酸銀溶液在100℃煮沸2-3小時。
12．一種超細納米材料，其特徵在於該超細納米材料是一種粒徑為6-12.5納米的納米粉。
13．如權利要求12所述的納米材料，其特徵還在於所述的納米粉選自下列物質二氧化鈦，氧化鋅，氧化鎂，二氧化鎵，二氧化矽，二氧化鋯，氧化釹，鈦酸鋇，二氧化錫，四氟化三矽，碳酸鈣，銅-鎳複合粉，氧化鈷，稀有金屬粉，氧化釔，硫化鎘，三氧化二鋁，三氧化二鉻，硫化鉻，氧化鎳，重金屬硫化物，重金屬氧化物，重金屬粉，銀粉，氯化銀，硫化鋅-錳複合粉，氧化鐵，鐵粉，銅粉，氧化鋯，二氧化鐐-二氧化錫複合粉，氧化鋦或硫化鋦。
14．如權利要求13所述的納米材料，其特徵還在於所述的納米粉為銳鈦型二氧化鈦。
15．如權利要求14所述的納米材料，其特徵還在於所述的銳鈦型二氧化鈦納米粉的粒徑為3-3.5納米。
16．如權利要求13所述的納米材料，其特徵還在於所述的納米粉為納米級氧化鋅。
17．如權利要求16所述的納米材料，其特徵還在於所述的納米級氧化鋅的粒徑為6-12.5納米。
18．如權利要求12或所述的納米材料的製備方法，其特徵在於它包括以下步驟(a)將2重量份的可溶性鹽配成5-30％重量濃度的水溶液，再將8重量份微孔直徑為2-10納米的活性炭浸泡在該鹽水溶液中，使活性炭吸附所述的鹽溶液，所述的可溶性鹽選自如權利要求13所述各物質相應的可溶性硫酸鹽，硝酸鹽，氯化物，碳酸鹽，偏辛酸鹽或偏矽酸鹽；(b)煮沸1-15小時，然後在室溫下冷卻；(c)用10-20％重量濃度的氫氧化鈉中和，使產生沉澱，並浸泡放置10-24小時；(d)洗滌除去反應中所生成的廢料；(e)在105-110℃溫度下乾燥，得到存在於活性炭孔徑內的不定型納米顆粒與活性炭的複合物(f)在200-500℃空氣中氧化除去活性炭，即得到產品納米粉。
19．如權利要求18所述的納米材料的製備方法，其特徵還在於所述的步驟(a)中的活性炭的微孔直徑為2-5納米，所述的可溶性鹽選自硫酸鈦，氯化鈦或硝酸鈦；所述的步驟(c)中所產生的沉澱是Ti(OH)4；所述的步驟(d)中洗滌除去的廢料為硫酸鈉，氯化鈉或硝酸鈉；所述的步驟(e)中乾燥後所得到的是存在於活性炭孔徑內的不定型的二氧化鈦納米顆粒與活性炭的複合物；在步驟(f)中所得到的是銳鈦型二氧化鈦納米粉。
20．如權利要求17所述的納米材料的製備方法，其特徵在於它包括如下步驟將1-10重量份的硫酸鋅配成5-30％(重量)濃度的水溶液，再將8重量份、平均孔徑為2-10納米的活性炭浸泡在該鹽水溶液中，使活性炭與所述的硫酸鋅溶液充分混合，煮沸1-15小時後過濾，得到在活性炭微孔中的硫酸鋅與活性炭的複合物，將該吸附有硫酸鋅的活性炭複合物置於封閉的不鏽鋼盒子中，105-110℃烘乾，逐步升溫至800-900℃，保溫2-15小時後可得到在活性炭微孔中的氧化鋅與活性炭的複合物，冷卻至400-600℃後打開不鏽鋼盒子的蓋，在空氣中自然氧化去除活性炭後，即得到平均粒徑為6-12.5納米的氧化鋅納米材料。
21．如權利要求20所述的納米材料的製備方法，其特徵還在於所述的硫酸鋅的重量份為2，硫酸鋅水溶液的濃度為5-10％(重量)，所述的活性炭的平均孔徑為2-5納米，煮沸的時間為1-3小時。
全文摘要
本發明提供一種超細納米材料,用活性炭製備該材料的方法及其用途。所述材料是存在於活性炭中的納米顆粒與活性炭的複合物,納米顆粒的粒徑小於10納米,活性炭平均孔徑為2－10納米。複合物是粒徑為3－3.5納米的銳鈦型二氧化鈦與活性炭的複合物,或超細納米氯化銀與活性炭的複合物。還提供了一種粒徑為6－12.5納米的納米材料。本發明還提供了用活性炭製造上述各種納米材料的方法。
文檔編號C01G1/06GK1309090SQ0011167
公開日2001年8月22日 申請日期2000年2月14日 優先權日2000年2月14日
發明者蘇才元 申請人:蘇才元