高壓電焦耳碳制成優質凈水器

2020-07-01 10:40

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納米碳吸附劑的合成方法。圖片來源：Nagahiro Saito

通過將前體混合物暴露于高壓，用于凈化水的納米碳效率更高。

名古屋大學的科學家們開發了一步法制造工藝，提高了納米碳從水中去除有毒重金屬離子的能力。該研究結果發表在科學“ACS應用納米材料雜志”上，可以幫助改善普遍獲得清潔水的機會。

正在研究各種納米碳，并通過吸附染料，氣體，有機化合物和有毒金屬離子來凈化水和廢水。這些納米碳可以通過分子吸引力將重金屬離子（如鉛和汞）吸附到其表面上。但這種吸引力很弱，因此它們本身并不是非常有效的吸附劑。

為了改善吸附，科學家們正在考慮將分子添加到納米碳中，如氨基，與重金屬形成更強的化學鍵。他們還試圖找到使用納米碳上所有可用表面進行金屬離子吸附的方法，包括其內部孔隙的表面。這將增強它們一次吸附更多金屬離子的納米能力。

名古屋大學未來社會創新研究所材料科學家Nagahiro Saito及其同事開發了一種合成“氨基改性納米碳”的新方法，與傳統方法相比，該方法更有效地吸附多種重金屬離子。

他們將苯酚作為碳源與稱為APTES的化合物混合，作為氨基的來源。將該混合物置于玻璃室中并暴露于高壓，在液體中產生等離子體。他們使用的方法稱為“溶液等離子體工藝”，保持20分鐘。形成氨基修飾碳的黑色沉淀物，收集，洗滌并干燥。

A各種測試表明，氨基均勻地分布在納米碳表面，包括其狹縫狀孔中。

“我們的單步過程促進了多孔納米碳外表面和內表面上氨基的鍵合，”Saito說?！芭c單獨的納米碳相比，這大大提高了它們的吸附能力?！?/p>

他們將氨基改性的納米碳通過十個循環吸附銅，鋅和鎘金屬離子，在每個循環之間洗滌它們。盡管吸附金屬離子的能力隨著重復循環而降低，但降低幅度很小，使得它們對于重復使用相對穩定。

最后，該團隊將其氨基修飾的納米碳與其他五種通過常規方法合成的納米碳進行了比較。它們的納米碳對測試的金屬離子具有最高的吸附能力，表明納米碳上的氨基比其他氨基更多。

“我們的流程可以幫助降低水凈化成本，并使我們更接近于2030年實現全民平等獲得安全和負擔得起的飲用水，”Saito說科學。

參考文獻：“液相等離子體輔助原位合成富氨基納米碳用于過渡金屬離子吸附”，Mongkol Tipplook，Phuwadej Pornaroontham，Anyarat Watthanaphanit和Nagahiro Saito，2019年12月27日，ACS應用納米材料。
DOI:10.1021/acsanm.9b01915

這項工作得到了JST-SICORP Grant JPMJSC18H1和JST-OPERA Grant JPMJOP1843的支持。