專利名稱：一種基于碳納米管的消毒材料的合成方法
技術領域：
本發(fā)明屬于功能材料領域，涉及碳納米管的改性方法，特別是涉及一種基于碳納米管的消毒材料的合成方法。
背景技術：
水是生命之源，飲用水消毒問題舉世矚目。目前，全世界約有12億人缺少安全飲用水，水源性疾病每年達10億之多，不安全飲用水成為發(fā)展中國家人群80%疾病和30%死亡的原因。氯化消毒自1980年問世以來，在殺滅水中微生物，防止水介疾病的傳染方面，發(fā)揮了重大作用，目前氯消毒仍然是飲用水消毒的主流。隨著水污染日益加劇，治水所需要的 消毒劑越來越多。氯作為消毒劑使用的同時，也有其副作用，20世紀70年代，氯化消毒副產物相繼在自來水中被檢出，氯化消毒工藝的地位開始受到挑戰(zhàn)。目前運用于飲用水消毒的還有紫外線消毒、臭氧消毒、膜過濾等，但是同樣也面臨著成本高，消毒不徹底、二次污染問題。因此尋求一種高效、經濟、安全的消毒新技術成為水研究者當前面臨的挑戰(zhàn)。碳納米管(CNTs)是一種新型的碳材料，自1991年發(fā)現(xiàn)以來，由于它突出的電子、機械和化學特性，引起了科學界的強烈關注。眾多學科領域一致認為CNTs具有廣泛和良好的應用前景，其中包括在水處理中的應用。碳納米管抗菌活性的發(fā)現(xiàn)也引起了人們對碳納米管對環(huán)境和人體健康的評估。2007年kang等人首次發(fā)現(xiàn)碳納米管的殺菌毒性。他們發(fā)現(xiàn)與細菌直接接觸高純度單壁碳納米管表現(xiàn)出極強的殺菌毒性，同時他們發(fā)現(xiàn)高純的單壁碳納米管比未經改性的多壁碳納米管對細菌的毒性更強。接著他們發(fā)現(xiàn)，兩端開口、尺寸段高分散性的碳納米管具有更強的毒性。這表明對碳納米管進行物理化學改性可以提高其抗菌毒性。碳納米管的改性可以分為兩種情況共價鍵改性和非共價鍵改性，許多研究者比較推崇不會破壞碳納米管的非共價鍵改性，更重要的是這種非共價鍵改性過程直截了當，過程僅包括超聲降解和離心分離或者過濾。通過非共價鍵改性，改性分子可以通過疏水性作用力、JI-Ji鍵作用力或者離子間的相互作用等很好的負載在碳納米管的表面。到目前為此，很多表面活性劑如十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)、十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)、辛基苯基聚氧乙烯醚(TX-100)等由于商業(yè)可獲得性，低成本，操作簡單都可以運用于碳納米管的改性。表面活性劑的疏水鏈可以通過疏水性相互作用與碳納米管的側邊進行反應，從而使活性劑分子固定在碳納米管表面。有報道表明在水中分散性好的碳納米管要比團聚在一起的碳納米管毒性更強，原因可能是碳納米管的分散可以提高其與細菌接觸的機會，從而提高其毒性。這表明，碳納米管的分散性是影響碳納米管毒性的一個重要因素。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種基于碳納米管的消毒材料的合成方法。本發(fā)明提出的基于碳納米管的消毒材料的合成方法，具體步驟如下(1)、將適量碳納米管與NaOH混合，加熱回流2.5-3. 5h，冷卻至室溫，用孔徑為0. 45Mm過濾膜過濾，水洗所得固體粉末至中性，于100°C真空干燥3. 5-4. 5h，得預處理樣品；
(2)、將步驟(I)所得預處理樣品于500-550°C高溫煅燒0.8-1. 2h ；
(3)、將步驟(2)處理所得樣品溶于由濃硫酸和濃硝酸組成的混合酸中，超聲處理I. 8-2. 2h，于78-82°C條件下水浴磁力攪拌18_22h，冷卻至室溫，離心分離至上層清夜至中性，所得沉淀物于95-105°C條件真空干燥4. 5-5. 5h ；
(4)、將步驟(3)所得樣品與表面活性劑混合，超聲處理3.5-4. 5h，將所得混合液過濾水洗至中性，所得沉淀物干燥，即得到基于碳納米管的消毒材料。本發(fā)明中，步驟(I)中所述NaOH的濃度為I. 8-2. 2mol/L。本發(fā)明中，步驟(3)中濃硫酸與濃硝酸的體積比為3:1。
本發(fā)明中，步驟⑷中所述表面活性劑為十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)、十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)或辛基苯基聚氧乙烯醚(TX-100)中任一種。每IOOmg碳納米管加入濃度為1 丨％表面活性劑溶液400-600ml。本發(fā)明的有益效果在于經表面活性劑改性后的碳納米管，分散性大大提高，對水中常見致病菌如大腸桿菌具有理想的殺菌作用。
具體實施例方式下面通過實施例進一步說明本發(fā)明。實施例I :
a、樣品預處理在150ml錐形瓶中加入3g碳納米管粉末和50mlNa0H (2. Omol/L).加熱回流3h，冷卻至室溫，過濾，水洗所得固體粉末至中性，于100°C干燥4h ;b、高溫加熱處理將預處理后樣品于530°C高溫煅燒Ih ;c、混合酸處理將高溫煅燒所得樣品溶于由濃硫酸和濃硝酸組成的混合酸(Vltsig Vm=3:1),超聲處理2h，于80°C條件下水浴磁力攪拌20h,冷卻至室溫，離心分離至上層清夜至中性，于100°C條件真空干燥所得沉淀物5h。d、取經上述處理的樣品IOOmg加入500ml lwt%十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)溶液中混合均勻所得混合液超聲處理4h，過濾所得樣品，水洗濾渣至中性，于60°C真空干燥24即得制備材料。實驗表明該lmg/mL的該材料溶液半小時內對細菌初始濃度為IO7 CFU/m L的大腸桿菌殺菌率達98. 62%至99. 68%o實施例2
a、樣品預處理在150ml錐形瓶中加入3g碳納米管粉末和50mlNa0H (2. Omol/L).加熱回流3h，冷卻至室溫，過濾，水洗所得固體粉末至中性，于100°C干燥4h ;b、高溫加熱處理將預處理后樣品于530°C高溫煅燒Ih ;c、混合酸處理將高溫煅燒所得樣品溶于由濃硫酸和濃硝酸組成的混合酸(Vltsig Vm=3:1),超聲處理2h，于80°C條件下水浴磁力攪拌20h,冷卻至室溫，離心分離至上層清夜至中性，于100°C條件真空干燥所得沉淀物5h。d、取經上述處理的樣品IOOmg加入500mllwt%十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)溶液中混合均勻所得混合液超聲處理4h，過濾所得樣品，水洗濾渣至中性，于60°C真空干燥24即得制備材料。實驗表明該lmg/mL的該材料溶液半小時內對細菌初始濃度為IO7 CFU/mL的大腸桿菌殺菌率達 95. 12% 至 97. 16%。實施例3:a、樣品預處理在150ml錐形瓶中加入3g碳納米管粉末和50mlNa0H (2. Omol/L).加熱回流3h，冷卻至室溫，過濾，水洗所得固體粉末至中性，于100°C干燥4h ;b、高溫加熱處理將預處理后樣品于530°C高溫煅燒Ih ;c、混合酸處理將高溫煅燒所得樣品溶于由濃硫酸和濃硝酸組成的混合酸(Vltsig Vm=3:1),超聲處理2h，于80°C條件下水浴磁力攪拌 20h,冷卻至室溫，離心分離至上層清夜至中性，于100°C條件真空干燥所得沉淀物5h。d、取經上述處理的樣品IOOmg加入500mllwt%辛基苯基聚氧乙烯醚(TX-100)溶液中混合均勻所得混合液超聲處理4h，過濾所得樣品，水洗濾渣至中性，于60°C真空干燥24即得制備材料。實驗表明該lmg/mL的該材料溶液半小時內對細菌初始濃度為IO7 CFU/mL的大腸桿菌殺菌率達89. 93%至91. 22%。
權利要求
1.一種基于碳納米管的消毒材料的合成方法，其特征在于具體步驟如下 (1)、將適量碳納米管與NaOH混合，加熱回流2.5-3. 5h，冷卻至室溫，用孔徑為0. 45Mm過濾膜過濾，水洗所得固體粉末至中性，于100°C真空干燥3. 5-4. 5h，得預處理樣品； (2)、將步驟(I)所得預處理樣品于500-550°C高溫煅燒0.8-1. 2h ； (3)、將步驟(2)處理所得樣品溶于由濃硫酸和濃硝酸組成的混合酸中，超聲處理I. 8-2. 2h，于78-82°C條件下水浴磁力攪拌18_22h，冷卻至室溫，離心分離至上層清夜至中性，所得沉淀物于95-105°C條件真空干燥4. 5-5. 5h ； (4)、將步驟(3)所得樣品與表面活性劑混合，超聲處理3.5-4. 5h，將所得混合液過濾水洗至中性，所得沉淀物干燥，即得到基于碳納米管的消毒材料。
2.根據(jù)權利要求I所述的合成方法，其特征在于步驟(I)中所述NaOH的濃度為I.8-2. 2mol/L。
3.根據(jù)權利要求I所述的合成方法，其特征在于步驟(3)中濃硫酸與濃硝酸的體積比為 3:1。
4.根據(jù)權利要求I所述的合成方法，其特征在于步驟(4)中所述表面活性劑為十六烷基三甲基溴化銨、十二烷基苯磺酸鈉或辛基苯基聚氧乙烯醚中任一種，每IOOmg碳納米管加入濃度為1 丨％表面活性劑溶液400-600ml。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于碳納米管的消毒材料的合成方法，具體為首先以堿(NaOH)為分散劑對碳納米管進行預處理增大化學反應活性，再以高溫加熱除去無定型炭等非高度石墨化物質，然后運用濃硫酸和濃硝酸組成的混合酸進一步去除無定型炭及碳納米管制備過程中的金屬催化物和金屬氧化物，并在此過程中對碳納米管進行切割細化，最后用表面活性劑與上述多壁碳納米管經過特殊反應制得基于碳納米管的消毒材料。經表面活性劑改性后的碳納米管，分散性大大提高，對水中常見致病菌如大腸桿菌具有理想的殺菌作用。
文檔編號C02F1/50GK102805103SQ20121028566
公開日2012年12月5日 申請日期2012年8月13日 優(yōu)先權日2012年8月13日
發(fā)明者隋銘?zhàn)? 張令滇 申請人:同濟大學