[发明专利]一种负载纳米零价铁的活性碳纤维及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种活性碳纤维，具体涉及一种负载纳米零价铁的活性碳纤维及其制备方法和用途。

背景技术

利用纳米零价铁对氯化有机污染物还原脱氯是近几年来研究的热点，纳米零价铁的合成方法有很多，常见的方法为化学还原法，由于液相还原法条件温和，易于实现而备受重视。董婷婷等人曾利用液相化学还原法合成的纳米零价铁还原脱氯水中对氯硝基苯，研究发现合成的纳米零价铁的平均粒径约50nm，在纳米铁投加量为 1 g /L, pH=2的条件下,纳米零价铁对浓度为 50 mg /L的对氯硝基苯的降解率为 98.8 %[董婷婷,罗汉金，吴锦华.纳米零价铁的制备及其去除水中对氯硝基苯的研究[J]. 环境工程学报，2010，4（6）:1257-1261]。但该文章未研究低浓度情况下纳米零价铁对该物质的降解效果，且降解后的产物遗留在溶液中。

利用液相还原法合成的纳米零价铁颗粒用于有机氯化污染物脱氯时，存在以下缺点：

（1）在水中易失活和团聚：纳米零价铁由于具有较高的比表面积，因而在水中易发生团聚。由于较高的活性，可以和水中的氧及水发生反应，由此而大大降低对目标物的反应活性，阻碍其作用的发挥；（2）纳米零价铁在水中难以回收；（3）易产生二次污染。

为了克服纳米零价铁的上述缺点,将纳米铁负载到载体上制成所需形状的颗粒,这样不但可以保持纳米材料的固有特性又可以增强其稳定性,提高回收率。已报道的载体有：氧化铝、氧化硅、沸石和活性炭等。但将纳米零价铁负载到活性碳纤维(Activated Carbon Fiber，活性碳纤维)上未见报告。

活性碳纤维(Activated Carbon Fiber)是20世纪70年代发展起来的一种炭质吸附材料，它是继粉状和粒状活性炭之后的第三种形态的活性炭。活性碳纤维是一种典型的微孔碳，相同比表面积中活性碳纤维比GAC（颗粒活性炭）能够产生的吸附作用面积更大，因而吸附、脱附速度更快，吸附量更大。另外，活性碳纤维的表面具有一系列活性官能团（酸性或碱性基团），主要是含氧官能团，如羟基、羰基、羧基、内酯基等，有的活性碳纤维还含有胺基、亚胺基、磺酸基等官能团，使得活性碳纤维可以产生化学吸附。可以看出，活性碳纤维是不仅可以作为载体，还具有吸附富集功能。

中国专利申请号02115030.3 ，一种改性活性碳纤维及其制备方法和用途，文件公开了一种改性活性碳纤维及其制备方法和用途，将基体活性碳纤维浸渍含贵金属离子的溶液，得到负载有贵金属的改性活性碳纤维，该改性活性碳纤维用于吸附富集氙气体，其对氙的吸附量比改性前的活性碳纤维提高40%～100%。本发明用于吸附富集氙气体，改善了活性碳纤维的吸附性能，但并不具有脱氯功能。

中国专利申请号：201010204270.6 改性活性碳纤维负载金属离子沼气脱硫剂的制备方法，文件公开了将活性碳纤维经硝酸微波加热,洗涤,氮气气氛下干燥,再依次在含Mg²⁺的水溶液、含Zn²⁺的水溶液、含Cu²⁺的水溶液、含Ag⁺的水溶液、含Ni⁺的水溶液中浸渍，然后烘干后焙烧的技术方案。该技术方案需要高温焙烧，反应条件剧烈，不易于实现。

发明内容

发明要解决的技术问题

  针对上述存在的问题和不足，本发明提供一种负载纳米零价铁的活性碳纤维及其制备方法和用途，将纳米零价铁负载到活性碳纤维上，制备出同时具有脱氯和吸附性能的复合材料，改善了活性碳纤维的吸附性能，同时具有脱氯功能，可用于水体中微量氯化有机污染物的去除。

技术方案

  一种负载纳米零价铁的活性碳纤维，以活性碳纤维作为载体，且负载质量百分比为9.64%-27.01%的纳米零价铁，负载到活性碳纤维上的纳米零价铁的平均粒径为8.2nm，活性碳纤维比表面积≥1300 m²/g，总孔容≥0.5 ml/g，液相吸碘量≥1250 mg/g。

一种负载纳米零价铁的活性碳纤维的制备方法，步骤为：

 将活性碳纤维剪切成大小为5×5mm规则的方块；

 活性碳纤维的清洗:利用无水乙醇将步骤（1）中剪切后的活性碳纤维浸泡12小时，利用鼓风干燥箱在105°C条件下干燥12 h；取出干燥后的活性碳纤维，再利用去离子水煮沸3h,期间每隔1h换一次水，然后利用鼓风干燥箱在105°C条件下干燥12h；