专利名称：超细纳米材料,用活性炭制备该材料的方法及其用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及超细纳米材料，用活性炭制备该材料的方法及其用途，更具体涉及存在于活性炭微孔中的锐钛型二氧化钛纳米颗粒与活性炭的复合物、存在于活性炭微孔中的氯化银与活性炭复合物、超细锐钛型二氧化钛纳米材料、超细氧化锌纳米材料以及用活性炭制备这些材料的方法及其用途。
纳米技术是当今世界新技术新材料领域。一般10纳米以下的粒子锐钛型二氧化钛就有独特的电子性能，越细性能越好，可用于各种高科技领域。这种纳米粉遇到一定波长的光(例如紫外线)，电子转移放出的能量能够分解各种有机物和部分无机物质，得到最简单的的元素或化合物，并且能够损害细菌的细胞膜致其死亡。存在于活性炭微孔中的纳米级氯化银是一种高效率的杀菌、净化生水纳米材料。特别是本发明的超细氧化锌纳材料可用于军事技术中。
目前大多数采用胶溶法制造超细纳米粉，国内现在的水平做到平均粒子直径为35纳米，而且制造步骤相当复杂。
本发明的目的是提供一种超细纳米材料，该超细纳米材料是一种存在于活性炭孔径内的复合物，所述的纳米颗粒的粒径小于10纳米，所述的活性炭的平均孔径为2-10纳米。
本发明的目的是提供另一种超细纳米材料，该超细纳米材料是一种存在于活性炭孔径内的复合物，所述的纳米颗粒为锐钛型二氧化钛或纳米级氯化银，所述的活性炭的平均孔径为2-5纳米。
本发明的另一目的是提供一种超细纳米材料，该超细纳米材料是一种粒径为6-12.5纳米的锐钛型二氧化钛纳米粉或超细氧化锌纳米粉。
本发明的进一步的目的是提供一种用活性炭制备上述的各种超细纳米材料的方法。
本发明的再一个目的是提供本发明所述的纳米材料的应用，将所述的纳米材料应用于环保工程中的气体净化。
本发明的一种超细纳米材料是一种纳米颗粒与活性炭的复合物，所述的纳米颗粒的粒径小于10纳米，所述的活性炭的平均孔径为2-10纳米。本发明的这种纳米材料中的纳米颗粒是一种在活性炭的孔隙中能够沉淀、加热至500℃时不会分解的物质。本发明的这种纳米材料中的纳米颗粒可以选自下列物质二氧化钛，氧化锌，氧化镁，二氧化镓，二氧化硅，二氧化锆，氧化钕，钛酸钡，二氧化锡，四氟化三硅，碳酸钙，铜-镍复合粉，氧化钴，稀有金属粉，氧化钇，硫化镉，三氧化二铝，三氧化二铬，硫化铬，氧化镍，重金属硫化物，重金属氧化物，重金属粉，银粉，氯化银，硫化锌-锰复合粉，氧化铁，铁粉，铜粉，氧化锆，二氧化镣-二氧化锡复合粉，氧化锔或硫化锔。
本发明的一种较佳的纳米材料中所述的纳米颗粒为锐钛型二氧化钛，所述的活性炭的平均孔径为2-5纳米。
本发明的一种更佳的纳米材料中所述的锐钛型二氧化钛的粒径为3-3.5纳米。
本发明的这种超细纳米材料是通过本发明的新的方法来制备的。本发明的新方法是通过活性炭来完成的，该方法包括以下步骤(a)将2重量份的可溶性盐配成5-30％重量浓度的水溶液，再将8重量份微孔直径为2-10纳米的活性炭浸泡在该盐水溶液中，使活性炭吸附所述的盐溶液，所述的可溶性盐选自如权利要求3所述各物质相应的可溶性硫酸盐，硝酸盐，氯化物，碳酸盐，偏辛酸盐或偏硅酸盐；(b)煮沸1-15小时，然后在室温下冷却；(c)用10-20％重量浓度的氢氧化钠中和，使产生沉淀，并浸泡放置10-24小时；(d)洗涤除去反应中所生成的废料；(e)在105-110℃温度下干燥，得到存在于活性炭孔径内的不定型的纳米颗粒与活性炭的复合物。
当本发明方法中步骤(a)的活性炭的微孔直径为2-5纳米，所述的可溶性盐选自硫酸钛，氯化钛或硝酸钛时则所述的步骤(c)中所产生的沉淀是Ti(OH)4；所述的步骤(d)中洗涤除去的废料为硫酸钠，氯化钠或硝酸钠；所述的步骤(e)中干燥后所得到的是存在于活性炭孔径内的不定型的二氧化钛纳米颗粒与活性炭的复合物；此时如果在该方法中进一步包括下列步骤(f)在200-500℃的温度下隔离空气加热1-2小时使锐钛化；(g)冷却至室温，并用粉碎机粉碎至300目/吋以上，即可以得到存在于活性炭孔径内的锐钛型二氧化钛纳米颗粒与活性炭的复合物。
本发明的另一种较佳的复合物是吸附在活性炭微孔中的纳米氯化银复合物，该复合物可通过如下方法来制备用蒸馏水将硝酸银配成0.1-1％(重量)浓度的硝酸银水溶液，再将与该硝酸银水溶液等重量的、平均孔径为2纳米的活性炭浸泡在该硝酸银水溶液中，使活性炭与所述的硝酸银溶液充分混合，100℃煮沸2-15小时，然后冷却至室温；在上述的活性炭与硝酸银的混合物中边搅拌边加入过量的氯化钠，然后浸泡放置24小时，使活性炭孔径中的硝酸银转化为氯化银，洗涤除去反应中所生成的硝酸钠，在105-110℃烘干即得到存在于活性炭微孔中的纳米氯化银与活性炭的复合物。
本发明的另一种超细纳米材料是一种粒径为6-12.5纳米的纳米粉。本发明的这种纳米粉可以选自下列物质二氧化钛，氧化锌，氧化镁，二氧化镓，二氧化硅，二氧化锆，氧化钕，钛酸钡，二氧化锡，四氟化三硅，碳酸钙，铜-镍复合粉，氧化钴，稀有金属粉，氧化钇，硫化镉，三氧化二铝，三氧化二铬，硫化铬，氧化镍，重金属硫化物，重金属氧化物，重金属粉，银粉，氯化银，硫化锌-锰复合粉，氧化铁，铁粉，铜粉，氧化锆，二氧化镣-二氧化锡复合粉，氧化锔或硫化锔。
本发明的一种较佳的纳米材料为锐钛型二氧化钛纳米粉。本发明的一种更佳的锐钛型二氧化钛纳米粉的粒径为3-3.5纳米。
本发明的这种超细纳米材料是通过活性炭来制备的，该方法包括以下步骤(a)将2重量份的可溶性盐配成5-30％重量浓度的水溶液，再将8重量份微孔直径为2-10纳米的活性炭浸泡在该盐水溶液中，使活性炭吸附所述的盐溶液，所述的可溶性盐选自如权利要求3所述各物质相应的可溶性硫酸盐，硝酸盐，氯化物，碳酸盐，偏辛酸盐或偏硅酸盐；(b)煮沸1-15小时，然后在室温下冷却；(c)用10-20％重量浓度的氢氧化钠中和，使产生沉淀，并浸泡放置10-24小时；(d)洗涤除去反应中所生成的废料；(e)在105-110℃温度下干燥，得到存在于活性炭孔径内的不定型的纳米颗粒与活性炭的复合物。
(f)在200-500℃空气中氧化除去活性炭，即得到本发明的产品纳米粉。
当本发明方法中步骤(a)中的活性炭的微孔直径为2-5纳米，所述的可溶性盐选自硫酸钛，氯化钛或硝酸钛时；则所述的步骤(c)中所产生的沉淀是Ti(OH)4；所述的步骤(d)中洗涤除去的废料为硫酸钠，氯化钠或硝酸钠；所述的步骤(e)中干燥后所得到的是存在于活性炭孔径内的不定型的二氧化钛纳米颗粒与活性炭的复合物；在步骤(f)中所得到的是本发明的锐钛型二氧化钛纳米粉。
本发明的另一种较佳的纳米材料为氧化锌纳米粉。本发明的一种较佳的氧化锌纳米粉的粒径为6-12.5纳米。
本发明的氧化锌纳米粉是通过下述方法来制备的将1-10重量份的硫酸锌配成5-30％(重量)浓度的水溶液，再将8重量份、平均孔径为2-10纳米的活性炭浸泡在该盐水溶液中，使活性炭与所述的硫酸锌溶液充分混合，煮沸1-15小时后过滤，得到在活性炭微孔中吸附有硫酸锌溶液的活性炭复合物，将该吸附有硫酸锌溶液的活性炭复合物置于封闭的不锈钢盒子中，105-110℃烘干，逐步升温至800-900℃，保温2-15小时后可得到在活性炭微孔中的氧化锌与活性炭复合物，冷却至400-600℃后打开不锈钢盒子的盖，在空气中自然氧化去除活性炭后，即得到平均粒径为6-12.5纳米的氧化锌纳米材料。
本发明用活性炭方法制备的超细纳米材料中的纳米颗粒的平均粒径小于10纳米，本发明较佳的锐钛型二氧化钛与活性炭复合物中的纳米颗粒的平均粒径仅3-3.5纳米，比目前市场上现有的纳米粉的粒径细得多，因此用于环境保护，气体净化，的效果较好。本发明的超细纳米材料还可以安全地用于空调器或室内墙壁的涂料。特别是本发明的锐钛型二氧化钛纳米粉能够用作紫外光光照下的催化剂，可解决空气中的污染气体的光分解问题。本发明的在活性炭微孔中的氯化银与活性炭的复合材料可用于生水净化及杀菌，制备生饮水。本发明的氧化锌纳米材料在军事上用作吸收强电磁波，避开敌方雷达的搜索。本发明用活性炭制备超细纳米材料的方法设备简单，且易于控制。所以本发明的产品具有广泛的应用前景。以下通过实施例对本发明的产品和方法作进一步的说明。
实施例A将2重量份的硫酸钛配成10％(重量)浓度的水溶液，再将8重量份平均孔径为2纳米的活性炭浸泡在该盐水溶液中，使活性炭与所述的硫酸钛溶液充分混合，煮沸2小时，然后在室温下冷却8小时；用2重量份的氢氧化钠配成10％(重量)浓度的氢氧化钠水溶液，搅拌下将此氢氧化钠水溶液加入至上述的活性炭与硫酸钛溶液混合物中，然后浸泡放置24小时，使活性炭孔径中的硫酸钛转化为氢氧化钛，并最终失水为不定型二氧化钛，洗涤除去反应中所生成的硫酸钠，在105℃干燥即得到存在于活性炭微孔中的不定型二氧化钛与活性炭的复合物。
实施例B将实施例A所得到的存在于活性炭微孔中的不定型二氧化钛与活性炭的复合物放置在封闭的不锈钢盒子中，在隔绝空气的条件下500℃保温2小时，使复合物中的不定型二氧化钛转变成锐钛型二氧化钛颗粒(其颗粒的平均粒径为3-3.5纳米)，然后使其冷却至室温，从不锈钢盒子中取出该复合物并用粉碎机粉碎至300目/吋，即得到在活性炭微孔中的平均粒径为3-3.5纳米的锐钛型二氧化钛纳米颗粒与活性炭的复合物。
实施例C将实施例A所得到的存在于活性炭微孔中的不定型二氧化钛与活性炭的复合物放置在封闭的不锈钢盒子中，在隔绝空气的条件下500℃保温2小时，使复合物中的不定型二氧化钛转变成锐钛型二氧化钛颗粒(其颗粒的平均粒径为3-3.5纳米)，除去不锈钢盒子的盖，500℃下使该复合物与空气接触4小时，使复合物中的活性炭全部氧化掉，冷却，即得到白色的锐钛型二氧化钛纳米颗粒，其颗粒的平均粒径为6-12.5纳米。
实施例D将2重量份的硫酸锌配成10％(重量)浓度的水溶液，再将8重量份平均孔径为2纳米的活性炭浸泡在该盐水溶液中，使活性炭与所述的硫酸锌溶液充分混合，煮沸2小时后过滤，得到微孔中吸附有硫酸锌溶液的活性炭复合物，将该吸附有硫酸锌溶液的活性炭复合物置于封闭的不锈钢盒子中，105℃烘干，逐步升温至800℃，保温2小时后可得到在活性炭微孔中的氧化锌与活性炭的复合物，冷却至500℃后打开不锈钢盒子的盖，在空气中自然氧化去除活性炭后，即得到平均粒径为6-12.5纳米的氧化锌纳米材料。
实施例E用蒸馏水将0.2重量份的硝酸银用100重量份的蒸馏水配成0.2％(重量)浓度的硝酸银水溶液，再将100重量份平均孔径为2纳米的活性炭浸泡在该硝酸银水溶液中，使活性炭与所述的硝酸银溶液充分混合，100℃煮沸2小时，然后冷却至室温；在上述的活性炭与硝酸银混合溶液中边搅拌边加入过量的氯化钠，然后浸泡放置24小时，使活性炭孔径中的硝酸银转化为氯化银，洗涤除去反应中所生成的硝酸钠，在105℃烘干即得到存在于活性炭微孔中的超细纳米级氯化银与活性炭的复合物。按照实施例A的方法(固定活性碳的重量份)改变操作条件制备实施例1-30的不定型二氧化钛与活性炭的复合物
按照实施例D的方法(固定活性碳的重量份)改变操作温度制备实施例31-35的氧化锌纳米材料
按照实施例E的方法(固定活性碳的重量份)制备实施例36-40的吸附在活性炭微孔中的纳米氯化银与活性炭的复合物
按照实施例B的方法，改变操作条件制备实施例41-70产品的锐钛型二氧化钛颗粒与活性碳的复合物
按照实施例C的方法，改变操作条件制备实施例1-30产品相应的锐钛型二氧化钛纳米颗粒
通过以上实施例进一步说明了本发明的超细纳米材料的优异性能，与现有技术相比，本发明方法及用本发明方法所制得的产品的效果是十分明显的。本发明的上述实施例只是为了说明本发明的内容，而不是将本发明具体限制在所说明的具体实施例方式。本领域的技术人员都会理解本发明包括对于具体实施例所作的各种不背离本发明实质和范围的改变和修正。
权利要求
1．一种超细纳米材料，其特征在于该超细纳米材料是一种存在于活性炭孔径内的不定型纳米颗粒与活性炭的复合物，所述的纳米颗粒的粒径小于10纳米，所述的活性炭的平均孔径为2-10纳米。
2．如权利要求1所述的纳米材料，其特征还在于所述的纳米颗粒是一种在活性炭的孔隙中能够沉淀、加热至500℃时不会分解的物质。
3．如权利要求2所述的纳米材料，其特征还在于所述的纳米颗粒选自下列物质二氧化钛，氧化锌，氧化镁，二氧化镓，二氧化硅，二氧化锆，氧化钕，钛酸钡，二氧化锡，四氟化三硅，碳酸钙，铜-镍复合粉，氧化钴，稀有金属粉，氧化钇，硫化镉，三氧化二铝，三氧化二铬，硫化铬，氧化镍，重金属硫化物，重金属氧化物，重金属粉，银粉，氯化银，硫化锌-锰复合粉，氧化铁，铁粉，铜粉，氧化锆，二氧化镣-二氧化锡复合粉，氧化锔或硫化锔。
4．如权利要求3所述的纳米材料，其特征还在于所述的纳米颗粒为锐钛型二氧化钛，所述的活性炭的平均孔径为2-5纳米。
5．如权利要求4所述的纳米材料，其特征还在于所述的锐钛型二氧化钛的粒径为3-3.5纳米。
6．如权利要求3所述的纳米材料，其特征还在于所述的纳米颗粒为纳米级氯化银，所述的活性炭的平均孔径为2-5纳米。
7．如权利要求6所述的纳米材料，其特征还在于所述的氯化银的粒径为3-3.5纳米。
8．如权利要求1-3任一权利要求所述的纳米材料的制备方法，其特征在于它包括以下步骤(a)将2重量份的可溶性盐配成5-30％重量浓度的水溶液，再将8重量份微孔直径为2-10纳米的活性炭浸泡在该盐水溶液中，使活性炭吸附所述的盐溶液，所述的可溶性盐选自如权利要求3所述各物质相应的可溶性硫酸盐，硝酸盐，氯化物，碳酸盐，偏辛酸盐或偏硅酸盐；(b)煮沸1-15小时，然后在室温下冷却；(c)用10-20％重量浓度的氢氧化钠中和，使产生沉淀，并浸泡放置10-24小时；(d)洗涤除去反应中所生成的废料；(e)在105-110℃温度下干燥，得到存在于活性炭孔径内的不定型纳米颗粒与活性炭的复合物。
9．如权利要求8所述的纳米材料的制备方法，其特征还在于所述的步骤(a)中的活性炭的微孔直径为2-5纳米，所述的可溶性盐选自硫酸钛，氯化钛或硝酸钛；所述的步骤(c)中所产生的沉淀是Ti(OH)4；所述的步骤(d)中洗涤除去的废料为硫酸钠，氯化钠或硝酸钠；所述的步骤(e)中干燥后所得到的是存在于活性炭孔径内的不定型的二氧化钛纳米颗粒与活性炭的复合物；此外，该方法中还包括下列步骤(f)在200-500℃的温度下隔离空气加热1-2小时使锐钛化；(g)冷却至室温，并用粉碎机粉碎至300目/吋以上，即得到存在于活性炭孔径内的锐钛型二氧化钛纳米颗粒与活性炭的复合物。
10．如权利要求6或7所述的纳米材料的制备方法，其特征在于它包括如下步骤用蒸馏水将硝酸银配成0.1-1％(重量)浓度的硝酸银水溶液，再将与该硝酸银水溶液等重量的、平均孔径为2纳米的活性炭浸泡在该硝酸银水溶液中，使活性炭与所述的硝酸银溶液充分混合，100℃煮沸2-15小时，然后冷却至室温；在上述的活性炭与硝酸银的混合物中边搅拌边加入过量的氯化钠，然后浸泡放置24小时，使活性炭孔径中的硝酸银转化为氯化银，洗涤除去反应中所生成的硝酸钠，在105-110℃烘干即得到存在于活性炭微孔中超细的纳米氯化银与活性炭的复合物。
11．如权利要求10所述的纳米材料的制备方法，其特征在于充分混合后的活性炭与硝酸银溶液在100℃煮沸2-3小时。
12．一种超细纳米材料，其特征在于该超细纳米材料是一种粒径为6-12.5纳米的纳米粉。
13．如权利要求12所述的纳米材料，其特征还在于所述的纳米粉选自下列物质二氧化钛，氧化锌，氧化镁，二氧化镓，二氧化硅，二氧化锆，氧化钕，钛酸钡，二氧化锡，四氟化三硅，碳酸钙，铜-镍复合粉，氧化钴，稀有金属粉，氧化钇，硫化镉，三氧化二铝，三氧化二铬，硫化铬，氧化镍，重金属硫化物，重金属氧化物，重金属粉，银粉，氯化银，硫化锌-锰复合粉，氧化铁，铁粉，铜粉，氧化锆，二氧化镣-二氧化锡复合粉，氧化锔或硫化锔。
14．如权利要求13所述的纳米材料，其特征还在于所述的纳米粉为锐钛型二氧化钛。
15．如权利要求14所述的纳米材料，其特征还在于所述的锐钛型二氧化钛纳米粉的粒径为3-3.5纳米。
16．如权利要求13所述的纳米材料，其特征还在于所述的纳米粉为纳米级氧化锌。
17．如权利要求16所述的纳米材料，其特征还在于所述的纳米级氧化锌的粒径为6-12.5纳米。
18．如权利要求12或所述的纳米材料的制备方法，其特征在于它包括以下步骤(a)将2重量份的可溶性盐配成5-30％重量浓度的水溶液，再将8重量份微孔直径为2-10纳米的活性炭浸泡在该盐水溶液中，使活性炭吸附所述的盐溶液，所述的可溶性盐选自如权利要求13所述各物质相应的可溶性硫酸盐，硝酸盐，氯化物，碳酸盐，偏辛酸盐或偏硅酸盐；(b)煮沸1-15小时，然后在室温下冷却；(c)用10-20％重量浓度的氢氧化钠中和，使产生沉淀，并浸泡放置10-24小时；(d)洗涤除去反应中所生成的废料；(e)在105-110℃温度下干燥，得到存在于活性炭孔径内的不定型纳米颗粒与活性炭的复合物(f)在200-500℃空气中氧化除去活性炭，即得到产品纳米粉。
19．如权利要求18所述的纳米材料的制备方法，其特征还在于所述的步骤(a)中的活性炭的微孔直径为2-5纳米，所述的可溶性盐选自硫酸钛，氯化钛或硝酸钛；所述的步骤(c)中所产生的沉淀是Ti(OH)4；所述的步骤(d)中洗涤除去的废料为硫酸钠，氯化钠或硝酸钠；所述的步骤(e)中干燥后所得到的是存在于活性炭孔径内的不定型的二氧化钛纳米颗粒与活性炭的复合物；在步骤(f)中所得到的是锐钛型二氧化钛纳米粉。
20．如权利要求17所述的纳米材料的制备方法，其特征在于它包括如下步骤将1-10重量份的硫酸锌配成5-30％(重量)浓度的水溶液，再将8重量份、平均孔径为2-10纳米的活性炭浸泡在该盐水溶液中，使活性炭与所述的硫酸锌溶液充分混合，煮沸1-15小时后过滤，得到在活性炭微孔中的硫酸锌与活性炭的复合物，将该吸附有硫酸锌的活性炭复合物置于封闭的不锈钢盒子中，105-110℃烘干，逐步升温至800-900℃，保温2-15小时后可得到在活性炭微孔中的氧化锌与活性炭的复合物，冷却至400-600℃后打开不锈钢盒子的盖，在空气中自然氧化去除活性炭后，即得到平均粒径为6-12.5纳米的氧化锌纳米材料。
21．如权利要求20所述的纳米材料的制备方法，其特征还在于所述的硫酸锌的重量份为2，硫酸锌水溶液的浓度为5-10％(重量)，所述的活性炭的平均孔径为2-5纳米，煮沸的时间为1-3小时。
全文摘要
本发明提供一种超细纳米材料,用活性炭制备该材料的方法及其用途。所述材料是存在于活性炭中的纳米颗粒与活性炭的复合物,纳米颗粒的粒径小于10纳米,活性炭平均孔径为2－10纳米。复合物是粒径为3－3.5纳米的锐钛型二氧化钛与活性炭的复合物,或超细纳米氯化银与活性炭的复合物。还提供了一种粒径为6－12.5纳米的纳米材料。本发明还提供了用活性炭制造上述各种纳米材料的方法。
文档编号C01G1/06GK1309090SQ0011167
公开日2001年8月22日 申请日期2000年2月14日 优先权日2000年2月14日
发明者苏才元 申请人:苏才元