[發明專利]包含納米球的復合材料的制備和用途及水過濾裝置和包含該復合材料的裝置有效

申請號：	201110243406.9	申請日：	2011-07-18
公開（公告）號：	CN102417173A	公開（公告）日：	2012-04-18
發明（設計）人：	沙布亞薩齊·薩卡爾;阿弗林·阿拉姆;阿布杜爾·阿拉姆;伊法特·阿拉姆	申請（專利權）人：	碳納米激活技術公司
主分類號：	C01B31/02	分類號：	C01B31/02;B82Y40/00;B01D39/06
代理公司：	中國專利代理(香港)有限公司 72001	代理人：	李連濤;劉健
地址：	美國北卡***	國省代碼：	美國;US
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摘要：
搜索關鍵詞：	包含納米復合材料制備用途過濾裝置
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【說明書】：

本申請要求申請日為2010年7月16日的美國臨時申請號61/365,031的優先權，該申請的全部內容通過引用而包含于本申請中。

發明背景

技術領域

本發明涉及碳納米球(carbon?nanospheres)的制備和涉及該納米球在水過濾器中的用途以及使用該組合物在水過濾裝置中過濾水的方法。?

背景技術

人類的活動已經導致了環境中天然狀態資源的嚴重改變。由于污染基本的資源例如水和空氣已經不適合人類的消耗。而且，不加控制地開發蓄水層作為飲用水和其過度的濫用會釋放出休眠的砷離子和氟離子到地下水中，最終污染地表水，并對人類和其它生命有機體試圖尋找干凈的飲用水產生潛在的、嚴重的環境問題。更進一步的，殺蟲劑和除草劑在土壤中的累積并且滲透到地下水和地表徑流(water?runoff)中。不加節制地將用過的電子器件和電池傾倒在土壤中使上述情況更加嚴重。更進一步，由于水管的滲漏，受到開放式污水處理系統污染的飲用水被含有病原微生物的糞便感染。這種污染是一種健康風險，迫切需要高效、可靠、經濟的技術去除引用水中的有毒元素和病原體。?

已經發展了多種方法來過濾或以其它方式從水中去除污染和不想要元素。包括沉降法，陶瓷或其它過濾器，鈣或鎂的氫氧化物，活性碳，納米銀，化學反應法等方法。這些材料通常用于作為過濾材料引入過濾裝置，例如包含過濾材料的殼體中，水通過其中以實現過濾的目的。被過濾出的粒子的粒徑與過濾材料的孔隙率有直接的關系。典型地水過濾材料(filtration)分為納米多孔?的、細觀多孔的(meso?porous)、微米多孔的等材料。?

雖然這些方法和材料具有其自身的優點，但它們在過濾時都存在局限性，在某些情況下已經出現了對健康的負面影響和/或高成本和使用的問題，從而使得他們并不是凈化飲用水最理想的選擇。?

發明概述

本發明提供性價比高和環境友好的新型過濾材料，和由該材料制造的過濾裝置。這種材料是多孔材料，其可用于水過濾裝置和可過濾其它液體。多孔納米球，帶有羧基和/或金屬化(metallated)羧基的納米球不僅能夠一起或獨立地過濾水中的顆粒物，而且在金屬化納米球的情況中能夠結合并由此去除通過該過濾材料的水中的砷、氟和其它物質。?

相應地，本發明的一個具體實施方式涉及用作過濾介質的包含同心碳納米球的的材料，碳納米球的最外層球尺寸為大約25nm至大約50nm范圍，它是通過碳質材料的熱解獲得的。?

在另一個具體實施方式中，本發明涉及用于水過濾的復合材料的制備方法，包括由碳質材料的熱解制備和分離最外層球尺寸為25nm-50nm的同心碳納米球。?

發明目的

本發明的目的是由易得的、經濟的碳質來源提供低成本大量(bulk)合成的同心碳納米球(CNS)，該碳質來源使得該碳納米球的高產率、大生產量的容易工業生產成為可能，該碳納米球尤其適用于過濾，例如水過濾。?

本發明的另一個目的是通過氧化處理使這些碳納米球羧基化。?

本發明的再一個目的是使用金屬離子的如可溶性鐵離子和鋁離子引入金屬化以獲得碳納米球的金屬化羧化物衍生物。?

進一步的，衍生的(填充以離子填料例如季銨鹽或氯化鋰)或非衍生的碳納米球以2-40％的量與紙漿或木漿混合，并在加熱條件下被壓制成碳納米球紙的薄片，其可以用于EMI保護。?

本發明更進一步的目的是制造捕獲或結合在要過濾的水中存在的砷和/或氟或其它物質的水過濾材料。?

附圖說明

圖1是本發明中羧基化同心碳納米球(水溶性碳納米球)的圖，示出?拉曼光譜中在2700cm^-1附近具有混合泛頻峰(overtones)的D譜帶和G譜帶。?

圖2是本發明中羧基化同心碳納米球的EDX譜圖，示出有碳和氧的存在。?

圖3是本發明中純化的羧基化同心碳納米球的SEM照片。?