[发明专利]一种CNTs/Ni-Fe3

说明书

本发明涉及一种CNTs/Ni‑Fe₃O₄功能材料的制备方法，属于功能性纳米复合材料及环境生物技术领域。该CNTs/Ni‑Fe₃O₄功能材料的制备方法，其具体步骤包括：多壁碳纳米管纯化活化；CNTs‑Fe₃O₄制备：CNTs/Ni‑Fe₃O₄纳米复合材料制备。本发明制备得到的CNTs/Ni‑Fe₃O₄功能材料，作为高效的生物类催化材料和吸波材料，具备促氧化还原反应进行，电子传递转移的特点，用作污水治理厌氧消化反应进行中的稳定剂和催化剂，同时提高甲烷产率，产出生物质能源，且一经投加即能发挥作用，在反应器中分散性好，反应均匀一致，同时可以回收反复利用节约成本。

技术领域

本发明涉及一种CNTs/Ni-Fe₃O₄功能材料的制备方法，属于功能性纳米复合材料及环境生物技术领域。

背景技术

无论是发展中国家或发达国家，高浓度有机废水治理都是急需各国政府解决的问题，厌氧消化反应工艺已经有大约两三百年的历史，衍生工艺和新式提升手段层出不穷，加之其对污水浓度的极高适应性，已经被各国广泛利用，大到污水集中式厌氧消化处理厂，小到村庄集水排水一体化发酵罐。这一切都证明了厌氧消化过程的优势之处，但是近些年厌氧消化反应工艺由于用时长，成本高，产生恶臭气体难收集，反应进程稳定性难控制，甲烷产率低等原因，厌氧消化工艺的新式发展进展缓慢。为此如何能通过一种外加剂来稳定厌氧消化二三阶段的拮抗作用，如何提高甲烷在产气中的占比和总量，如何简单高效，成本能耗低已经成为近年来研究厌氧消化进程的热点之一。哈尔滨工业大学的马文成研究团队已经就 Fe₃O₄ 纳米材料的厌氧消化进程进行过有益的深刻探究，但这种纳米金属材料功能单一效果单一，只能针对单一进程单一化目的起到促进作用。本发明通过搭载多壁碳纳米管来增加空间阵列的分散性和比表面积来使 Fe₃O₄ 发挥作用，同时镀覆同样有厌氧消化电子传递和酶促作用的镍金属来起到消化进程的联合促进作用。

随着高性能材料的飞速发展，微波吸收材料也已经进入了大家的视线。微波是指在300MHz到300GHz下的电磁波，高效吸收微波材料的制备无论出于商业或军事目的，都具有极高的研究和利用价值。大量的研究已经表明，碳纳米管的吸波类材料已经得到了大量的发展，如Darren等通过两种实验方案制备了聚苯胺/碳纳米管复合材料，通过对其吸波性能的研究表明复合材料的吸波性能得到了有效提升，峰值出现在10GHz附近；Jung等利用玻璃态下的环氧树脂和碳纳米管联合制备复合材料，并在实验中制备了一种多层设计优化的RAS（衰减雷达波和承受载荷双重特性的雷达吸波结构）材料，并且得到了良好的实验预期效果。Ki-Yeon的课题组研究利用金属包覆碳纳米管制备复合粒子，并研究了不同重量比镀层对吸波性能的影响。总而言之，利用碳纳米管制备复合吸波材料的研究已经越来越得到人们重视，但现有技术所制备的金属包覆碳纳米管的材料，制造工艺繁琐，不能工业化量产，涂料镀覆量难以控制，回收困难。

因此本发明提供了一种CNTs/Ni-Fe₃O₄纳米复合材料的制备方法，操作简单，制备容易，环境友好，且可以批量生产的方法。与现有技术对比，具有极好的水溶性、极高的电子传递特性、展现出了极好的超顺磁性能、与生物也表现出很好的相容性。本发明制备所得CNTs/Ni-Fe₃O₄纳米复合材料用于生物质能源提升的厌氧消化过程中，表现出可以稳定厌氧消化三阶段的进行，产酸阶段与产甲烷阶段的拮抗作用得到了极大的缓解，制备成本低，并且可以将生物质能源甲烷的产率提升1.5倍以上完全满足了工业化的运行生产；同时当用于电磁波反射吸波材料时，与单一碳纳米管或单金属复合碳纳米管相比，磁损耗角正切值在多个频段都有明显的改善，电磁性更强，磁损耗更低，证明这一材料的改性变化是可以有效的增加磁导率降低电磁损耗。

发明内容