[发明专利]一种活性炭基材料及其制备方法和用途

说明书

本发明提供一种活性炭基材料及其制备方法和用途，所述活性炭基材料包括载体及负载于所述载体上的活性组分，所述载体包括负载石墨烯的活性炭，所述活性组分包括零价铁和抗菌金属，所述活性炭基材料的制备方法包括通过使用植物提取液，所述植物包括薯类作物和/或谷物，实现在活性炭表面负载石墨烯，通过液相还原方式在活性炭上负载零价铁和抗菌金属，得到活性炭基材料，石墨烯和零价铁之间以及零价铁和抗菌金属之间形成导电性良好的多重微电池反应系统，提升净水反应效能，所述活性炭基材料能够应用于抗菌抗病毒防护装备和净水过滤滤芯。

技术领域

本发明涉及净水材料技术领域，尤其涉及一种活性炭基材料及其制备方法和用途。

背景技术

工业化为人类的生活带来了诸多便利，同时也不可避免地污染了水源水。尽管水源水经自来水厂絮凝、沉淀、过滤等技术处理，但由于重金属离子在水体中具有较高的稳定性和生物难降解性，治理难度大，常规的净水工艺已经无法满足处理要求。因此，有重金属残留的出厂水进入给水管网后，积累到一定限度不但会对水系统造成严重危害，而且可直接或间接地影响到人类的健康。另外，传统净水工艺对新兴污染问题，特别是一些难以矿化的极性有机污染物的效果不理想。另一方面，城市管网及高层储水设施等释放的可溶性重金属离子、二次形成的极性污染物、积累的病原微生物等饮水污染问题日益突出。因此，用水终端的深度净化显得尤为必要。

终端净水是保证饮用水洁净与安全的最后一道屏障。通过PP棉、活性炭吸附、离子交换及膜过滤等逐级净化，水中的各类污染物被逐级截留。通过如紫外等杀菌技术使出水微生物指标合格。其中，活性炭是终端净水设备中常用的核心净化材料之一。活性炭具有丰富的孔结构、巨大的比表面积、可调控的表面化学性质及晶格缺陷等特征，通过范德华力、氢键及静电引力等物理作用力和鳌合、催化还原、氧化等化学作用吸附水中的各类污染物，包括溶解性有机物、消毒副产物、余氯及可溶性重金属离子等。但同时活性炭面临着几个使用问题。一是，活性炭表面为疏水性，其对难降解的极性有机污染物和水溶性强的重金属离子的去除能力较差；二是，活性炭表面吸附的有机物成为微生物滋生的有利条件，带来微生物二次污染的风险；三是，活性炭吸附污染物，但无法转化或降解污染物，由此可能带来二次释放的风险。因此，有必要通过负载活性基团实现污染物的吸附转化和降解，提升活性炭去除污染物的效能，同时转化和降解污染物，有效降低污染物的二次释放风险。

纳米零价铁具有优异的吸附并转化和降解多种污染物，从而较大程度地从根本上改善环境问题。目前具有工业放大生产潜力的方法是液相还原法，可以通过控制还原剂的用量等条件实现活性炭负载纳米零价铁的制备和生产，反应过程温和，没有高温和高压等苛刻条件的限制。

CN108796560A公开了一种活性炭负载纳米零价铁复合材料的制备方法，所述方法通过电沉积的方式制备了活性炭负载纳米零价铁复合材料，发明以炭电极为阴极，纯铁片为阳极，通过逐渐发生电解的方式制备复合材料。但该过程需在水浴恒温以及通电等条件下完成，在实际生产中不便于操作；CN107456967A公开了一种活性炭多点位负载纳米零价铁复合材料的制备方法，所述方法通过增加活性炭吸附位点有效提高纳米零价铁负载量的方法，铁负载量为50～200％；CN103721715A公开了一种活性炭负载纳米零价铁材料，通过液相还原法制备活性炭负载纳米零价铁复合材料的方法，其中，纳米零价铁负载量为20～200％；CN110559990A公开了一种低纳米零价铁和纳米银负载量净水炭复合材料的制备方法，通过合理调控反应时间，制备出在低纳米零价铁含量情况下具备高效率和能力除铅的活性炭基复合净水材料。

然而，以上活性炭负载纳米零价铁复合净水材料存在如下待解决的问题：1、由于活性炭的多孔结构，表面和孔内吸附的铁前驱体的浓度不同，导致纳米零价铁的分散性依旧不佳；2、活性炭微晶结构不完整，其导电性较差，使碳-铁微电池反应性能降低。

因此，有必要开发一种能够实现纳米零价铁分散性良好，通过提升活性炭表面导电性而提升净水反应效能的活性炭基材料。

发明内容