一种兼具吸附和抗菌性能的双功能碳材料及其制备方法技术

本发明专利技术具体涉及一种兼具吸附和抗菌性能的双功能碳材料及其制备方法。本发明专利技术首先将酚类、可溶性金属盐同时溶解于碱性极性混合溶液中得到预反应溶液，然后向预反应溶液中加入醛类化合物，搅拌一段时间后经水热反应一步法制得复合材料；在惰性气体下经高温煅烧后制备出金属改性的双功能碳材料吸附剂。本发明专利技术所得产品具有高的甲苯吸附容量，较未改性前提高了近50%；而在抗菌方面，能够实现对大肠杆菌的完全杀灭。杀灭。

【技术实现步骤摘要】
一种兼具吸附和抗菌性能的双功能碳材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于空气净化及医疗防护
，尤其涉及一种兼具吸附和抗菌性能的双功能碳材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]苯系物多数都具有毒性，过度接触苯系物会对人体健康会造成危害，主要体现在以下几个方面：神经系统障碍、急性中毒、肝功能异常、致癌等；而苯系物排放到大气中亦会造成光化学污染等环境问题。而细菌和真菌等空气微生物是室内空气质量的重要参数之一。室内空气微生物污染，可引起人们出现眼刺激感、哮喘、过敏性皮炎、过敏性肺炎和传染性疾病等，重者甚至导致死亡，也可称为“不良建筑物综合征”(KempPC,Neumeister
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KempHG,MurrayF,etal.AirborneFungiinNon
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ProblemBuildingsinaSouthern
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HemisphereMediterraneanClimate:PreliminaryStudyofNaturalandMechanicalVentilation[J].Indoor&BuiltEnvironment,2002,11(1):44
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53.)。因此，在提高气态苯系物的去除率的同时，抑制细菌和真菌等微生物的生长，以减少室内空气微生物的潜在污染源，改善和提高室内空气质量，已成为环境治理和化工生产领域的重要研究内容和研究热点。
[0003]目前，气态苯系物的治理方法主要有膜分离法、吸附法、生物降解法、金属催化氧化法、低温等离子体技术、光催化法等。其中，吸附法具有成本低、去除效率高、易于操作、易于回收等优点，是目前治理气态苯系物应用最为广泛且行之有效的方法，其核心是吸附材料的开发。抗菌材料是一类具有杀菌、抑菌性能的新型功能材料，其核心成分是抗菌剂（郝喜海,孙淼,邓靖.抗菌材料的研究进展[J].化工技术与开发,2011,40(09):21
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24.）。抗菌剂分为无机抗菌剂和有机抗菌剂两类，无机抗菌剂由于其耐热性好(>600℃)，抗谱广，高安全性、抗菌活性好、毒性小、无刺激性、无致癌性、无致畸形、有效抗菌期长、不产生耐药性，安全性高等优点，成为目前主流的抗菌材料制剂。
[0004]吸附材料的开发通常从新型吸附材料的制备和对吸附材料的活化改性两方面入手，但是其着重于对吸附质的吸附性能进行研究，而忽略了抗菌性，这就导致吸附剂功能单一、应用范围受到限制，且吸附剂本身也易滋生细菌；而对于无机抗菌金属而言，其不仅不具备吸附能力、功能单一，且其抗菌效果也容易受光和热的影响较大，长期使用易被还原而降低抗菌效果。
[0005]由此可见，开发一种制备工艺简单、比表面积大且能在高效吸附气态苯系物的同时兼具良好的抗菌性的双功能碳材料吸附剂具有重要的意义。

技术实现思路

[0006]为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于开发一种兼具吸附和抗菌性能的双功能碳材料及其制备方法，所述双功能碳材料具有甲苯吸附速度快、吸附量高且抗菌能力强的优点。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术首先提供了一种兼具吸附和抗菌性能的双功能碳材料的制备方法，具体包括以下步骤：(1)将酚类化合物溶解于碱性极性溶液中，在30℃下搅拌10 min，然后在搅拌状态下加入可溶性金属盐，再继续搅拌30 min，得到预反应溶液；(2)向步骤（1）得到的预反应溶液中加入醛类化合物，将反应液在30℃下搅拌反应1
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24小时；(3)将步骤（2）最后得到的反应液倒入聚四氟乙烯内衬中，将聚四氟乙烯内衬放入水热反应釜中，密封后置于干燥箱中于70
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150℃下水热反应2
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36小时，反应结束后自然冷却至室温；(4)将步骤（3）水热反应得到的产物用去离子水洗涤3
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6次，收集产物于50
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150℃下真空干燥6
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24h，得到复合材料；(5)将步骤（4）得到的复合材料置于管式炉中高温煅烧，在惰性气体气氛中以1
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10℃/min的速率从室温升至500
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1100℃并恒温1
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5小时，得到所述双功能碳材料吸附剂。
[0008]进一步的，上述制备方法的步骤(1)中，所述酚类化合物为苯酚、间苯二酚、3
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氨基苯酚、4
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氨基苯酚中的任意一种，其在碱性极性溶液中的质量分数为0.5
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4 wt.%；所述碱性极性溶液为去离子水、无水乙醇与质量浓度为25%
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28%的氨水以2000:800:9的体积比混合而得；所述可溶性金属盐为硝酸镍、硝酸铁、硝酸银、硝酸铜、醋酸铜、氯化铜中的任意一种；所述碱性极性溶液中可溶性金属盐:酚类化合物的质量比为1:5
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110。
[0009]进一步的，上述制备方法的步骤(2)中，所述醛类化合物为甲醛，其在预反应溶液中的质量分数为0.5
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4 wt.%。
[0010]进一步的，上述制备方法的步骤(5)中，所述惰性气体为氮气、氩气、氦气中的一种或多种。
[0011]本专利技术还提供了一种利用上述制备方法制得的双功能碳材料。
[0012]本专利技术还提供了上述一种双功能碳材料在脱除气态苯系物上的应用。
[0013]本专利技术还提供了上述一种双功能碳材料在制备抗菌材料或抗菌器具中的应用。
[0014]本专利技术的有益效果在于：本专利技术所制得的双功能碳材料吸附剂具有以下特点：（1）酚类碳材料载体含有丰富的含氮官或含氧能团，其能够与金属更好、更强的结合；（2）原位负载方法简单，且得到的样品能够改变材料的比表面积，使得碳材料载体的比表面积变大，有利于气体分子的扩散和吸附，所制得的负载金属改性的碳材料吸附剂的甲苯吸附容量可达183.18mg/g，较未改性前提高了近50%；（3）原位负载得到的纳米级金属颗粒能够更好的释放金属离子，达到更好的杀菌作用，所制得的双功能碳材料能够在10min内起效，可在30min实现对大肠杆菌的快速完全杀灭。
[0015]（4）将吸附剂的功能拓展到抗菌领域，拓宽了吸附剂的应用范围，同时提高了吸附剂的使用寿命和吸附能力，对于环保领域有着重要的意义。
附图说明
[0016]图1为实施例1得到的负载铜改性的碳材料吸附剂Cu/CAF
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950（a）、实施例5得到的负载银改性的碳材料吸附剂Ag/CAF
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950（b）、实施例6得到的负载镍改性的碳材料吸附剂Ni/CAF
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950（c）和对比例1得到的未改性的碳材料吸附剂CAF
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950（d）的SEM图。
[0017]图2和为实施例1得到的负载铜改性的碳材料吸附剂Cu/CAF
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950、实施例5得到的负载银改性的碳材料吸附剂Ag/CAF
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种兼具吸附和抗菌的双功能碳材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1）将酚类化合物溶解于碱性极性溶液中，在30℃下搅拌10min，然后在搅拌状态下加入可溶性金属盐，继续搅拌30min，得到预反应溶液；2）向步骤1）得到的预反应溶液中加入醛类化合物，将反应液在30℃下搅拌反应4小时；3）将步骤2）最后得到的反应液倒入聚四氟乙烯内衬中，将聚四氟乙烯内衬放入水热反应釜中，密封后置于干燥箱中于110℃下水热反应24小时，反应结束后自然冷却至室温；4）将步骤3）水热反应得到的产物用去离子水洗涤3
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6次，收集产物于110℃下真空干燥12h，得到复合材料；5）将步骤4）得到的复合材料置于管式炉中高温煅烧，在氮气气氛中以1℃/min的速度从室温升至410℃并恒温1小时，再以5℃/min的升温速度从410℃升温至950℃并恒温4h，得到所述双功能碳材料吸附剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述酚类化合物...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁珮，吴光辉，熊邵辉，张宏伟，刘群鸿，鲍晓军，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：