专利名称：一种负载纳米零价铁的活性碳纤维及其制备方法和用途的制作方法
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) :1257-1沈1]。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，存在以下缺占.
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(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Si2+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彡1300 m2/g，总孔容彡0.5 ml/g，液相吸碘量彡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 O)将活性碳纤维剪切成大小为5X5mm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Ih换一次水，然后利用鼓风干燥箱在105° C条件下干燥12h ；
纳米零价铁负载配备硫酸亚铁质量百分比为1. 97% 7. 20%的硫酸亚铁溶液；将经步骤T:处理的活性碳纤维浸渍到硫酸亚铁溶液中，其中活性碳纤维与硫酸亚铁的质量比为0. 86 3. 32，浸渍池；2h后将上述浸渍硫酸亚铁的活性碳纤维全部转移到装有乙醇、水和聚乙二醇-1000混合溶液的三颈烧瓶中，其中活性碳纤维的质量g:乙醇和水的体积之和 ml 聚乙二醇-1000的质量g为1 :100 :0. 05，乙醇和水的体积之比为1 9，该混合溶液在加入活性碳纤维前通入氮气30min ；称取硼氢化钠和氢氧化钠，按照硼氢化钠和硫酸亚铁的物质的量之比为1 :2，配制成硼氢化钠质量百分比为0. 40% 2. 15%，pH为12的溶液，在通入氮气、磁力搅拌的情况下，将该溶液逐滴滴加到三颈烧瓶中，时间在15 20min，滴加完成后，继续反应30分钟；
⑷材料清洗将步骤(3)中反应完全的材料取出，利用除氧高纯水清洗3 4次，去除反应剩余的离子，然后再利用除氧丙酮清洗3 4次；
材料干燥和保存将清洗后的材料真空抽滤直至完全干燥，在-20°C的环境下保存，得到负载纳米零价铁的活性碳纤维。记这种负载纳米零价铁的活性碳纤维为ACF/NZVI。制备出负载纳米零价铁的活性碳纤维，纳米零价铁负载量的计算公式如I:表示
权利要求
1.一种负载纳米零价铁的活性碳纤维，其特征在于活性碳纤维作为载体，且负载有质量百分比为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彡1300 m2/g，总孔容彡0. 5 ml/g液相吸碘量彡1250 mg/g。
2.一种负载纳米零价铁的活性碳纤维的制备方法，步骤为(1)将活性碳纤维剪切成大小为5X 5mm规则的方块；(2)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Ih换一次水，然后利用鼓风干燥箱在105° C条件下干燥12h ；(3)纳米零价铁负载配备硫酸亚铁溶液，将经步骤(2)处理的活性碳纤维浸渍到硫酸亚铁溶液中，其中活性碳纤维与硫酸亚铁的质量比为0. 86 3. 32，浸渍池；池后将上述浸渍硫酸亚铁的活性碳纤维全部转移到装有乙醇、水和聚乙二醇-1000混合溶液的三颈烧瓶中，该混合溶液在加入活性碳纤维前通入氮气30min ；称取硼氢化钠和氢氧化钠，按照硼氢化钠和硫酸亚铁的物质的量之比为1 :2，配制成硼氢化钠质量百分比为0. 40% 2. 15%， PH为12的溶液，在通入氮气、磁力搅拌的情况下，将该溶液逐滴滴加到三颈烧瓶中，时间在 15 20min，滴加完成后，继续反应30分钟；(4)材料清洗将步骤(3)中反应完全的材料取出，利用除氧高纯水清洗3 4次，去除反应剩余的离子，然后在利用除氧丙酮清洗3 4次；(5)材料干燥和保存将清洗后的材料真空抽滤直至完全干燥，在_20°C的环境下保存，制备出负载纳米零价铁的活性碳纤维。
3.根据权利要求2所述的负载纳米零价铁的活性碳纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中活性碳纤维比表面积彡1300 m2/g，总孔容彡0.5 ml/g，液相吸碘量彡1250 mg/g。
4.根据权利要求2所述的负载纳米零价铁的活性碳纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，硫酸亚铁溶液中硫酸亚铁质量百分比为1. 97% 7. 20%。
5.根据权利要求2所述的负载纳米零价铁的活性碳纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)混合溶液中活性碳纤维的质量g 乙醇和水的体积之和ml 聚乙二醇-1000的质量g为1 :100 :0. 05，乙醇和水的体积之比为1:9。
6.根据权利要求2所述的负载纳米零价铁的活性碳纤维的制备方法，制备得到的负载纳米零价铁的活性碳纤维用于脱氯和水体中微量氯化有机污染物的去除。
全文摘要
本发明公开了一种负载纳米零价铁的活性碳纤维及其制备方法和用途，属于水处理领域。其步骤为将活性碳纤维剪切成大小为5×5mm的规则的方块；活性碳纤维的清洗；纳米零价铁负载；材料清洗；材料干燥和保存；制备出负载纳米零价铁的活性碳纤维。本发明方法简单，所用原料价廉易得，对外界环境条件无特殊要求，占用空间小反应条件温和，易于实现，同时负载到活性碳纤维上的纳米零价铁的平均粒径为8.2nm，相比于单纯利用液相还原法合成的未负载的纳米零价铁平均粒径大大降低，提高了反应活性，另外，活性碳纤维负载的纳米零价铁分散性好，粒径分布更为均匀，可用于水中的微量氯化有机污染物的去除，达到彻底去除目标污染物，该材料同时具有吸附和降解两种功能。
文档编号B01J20/20GK102553523SQ201110420199
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月15日 优先权日2011年12月15日
发明者孙成, 杨佳, 王圆圆, 鲜啟鸣 申请人:南京大学