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纳米活化长效多功能竹炭制品研发成功
时间:2015-01-29
纳米活化长效多功能竹炭制品研发成功

发布时间:2011-04-26

 竹炭是竹材在高温、少氧条件下烧制出来的一种天然炭材料,因其具有丰富的孔道结构和较高的比表面积,而拥有吸附有害气体、去湿除霉、清新空气以及释放负离子、电磁屏蔽等特殊功效,广泛应用于农林、建筑、保健、环保及其它领域。目前,我国对于竹炭的科研投入相对不足,新产品开发相对滞后,制品多属初级产品,市场竞争激烈,影响了竹炭制品的升级换代和竹炭产业的可持续发展。为此,遂昌碧岩生态资源生态开发行与浙江大学于2006年联合承担了省级重大科技专项项目“纳米活化长效多功能竹炭制品研制开发”。项目在我国现有竹炭工艺的基础上,通过自主创新,就竹炭孔道结构和表面特性、铁氮银共掺杂纳米TiO2溶胶制备、共掺溶纳米胶改性竹炭等方面进行了系统研究,开发出拥有自主知识产权的纳米活化深加工技术,制备出长效多功能竹炭制品。项目的研究不但推动了高质量、功能性竹炭产品的开发,而且对我省竹炭产品升级换代和产业提升具有重要意义。  1.项目研究内容及取得的重要突破  项目主要完成了以下研究开发内容:  一是研究了不同产地、不同部位竹炭的微结构及物化特性,开发出初级竹炭预处理技术,探究了竹炭孔径和吸附性之间的关系,为纳米改性材料及长效多功能竹炭制品的制备及开发奠定了理论基础。  二是研究了铁、氮、银单掺和共掺二氧化钛纳米溶胶的制备技术,分析了其催化性能及其可见光响应激发特征,制备出平均在20纳米左右、溶胶稳定性好的共掺杂纳米TiO2溶胶。  三是研究了共掺杂纳米TiO2溶胶改性竹炭及高温活化技术。经溶胶改性及高温活化后,竹炭生物质的进一步挥发、细胞壁微孔的打开以及在竹炭颗粒表面和孔道内壁存在的锐钛矿型和金红石型混合共存的TiO2粒子,使竹炭的比表面积和光催化性能显著提高,从而制备出高比表面积、光催化的纳米活化竹炭,赋予竹炭吸附和降解有机物能力,实现长效功能化。  四是进一步优化纳米TiO2溶胶制备及改性竹炭的工艺参数,建立中试生产线,进行纳米活化长效功能竹炭的批量中试生产。  经过课题组的联合攻关,项目攻克了以下关键共性技术,取得了重大突破:  一是竹炭孔道分布和组织结构特性研究。利用SEM/EDS、IR等测试技术深入研究竹炭孔道、表面基团及微晶结构特征,阐明竹炭烧炭条件、竹炭微结构与性能之间的相互关系,为纳米改性材料及长效多功能竹炭制品的制备及开发奠定基础。  二是共掺杂TiO2纳米溶胶的制备技术。利用溶胶-凝胶技术低温制备出锐钛矿晶TiO2纳米溶胶以及粒子型纳米TiO2溶胶,在溶胶制备过程中,引入非金属、金属掺杂元素、Ag+等成分,使共掺杂成分在无机TiO2网络溶胶结构中均匀分布,从而制备共掺杂TiO2纳米溶胶,为纳米TiO2溶胶改性竹炭提供重要条件。  三是共掺杂、混晶TiO2与竹炭的复合以及长效多功能竹炭制品开发。将竹炭浸入共掺杂TiO2纳米溶胶,经过多重吸附、陈化等处理,使TiO2复合干凝胶填充于竹炭导管和维管束中,通过调节高温活化处理制度,形成共掺杂、混晶TiO2改性竹炭,改变竹炭的孔道分布和孔隙结构,显著增加了竹炭的比表面积,提高了负离子浓度。同时,共掺杂和混晶协同效应提高了TiO2对可见光的响应激发能力,最大限度地提高竹炭的光催化降解、自清洁、催化抗菌等功效。  2.项目产品特点  该项目产品具有以下特点:  一是通过纳米活化深加工技术处理,极大地提高了竹炭的比表面积,使竹炭的吸附功能提高约3倍,吸附性与活性炭相当。而深加工成本不到未处理普通竹炭原料成本的2倍。  二是将纳米二氧化钛均匀地分布到竹炭表面、大孔和中孔内,在可见光(如室内光、灯光等)或紫外线的作用下进行光催化,分解清理孔道内吸附的有机物(甲醛、苯、氨等),使竹炭长久保持强大的吸附性,从而极大地延长了竹炭的使用寿命。由于产品具有高比表面积、高吸附性能、高负离子浓度、自清理、抗菌等作用,被市场誉为“吸附王”。  3.项目研究成果  项目实施后取得了以下研究成果:  一是开发出高性能纳米活化长效多功能竹炭制品。经权威检测单位检测,纳米活化长效功能竹炭的比表面积为804.9平方米/克,负离子浓度为7840个/立方米,抗大肠杆菌实验灭菌率为91%,技术性能指标完全达到合同目标。  二是取得了一批自主知识产权。获国家发明专利3项,分别是:共掺杂纳米二氧化钛溶胶及其制备方法(申请号:200710068437.9)、表面富Ag多孔TiO.2改性竹炭及其制备方法(申请号:200710067447.0)、颗粒状物料比表面积测定的设备及其测试方法(申请号:200710070146.3);获实用新型专利2项,分别是一种车用竹炭包(申请号:200920114763.3)和一种吸附包(申请号:200820164508.5)。  三是发表学术论文4篇。其中《掺氮TiO2溶胶改性竹炭的制备及其性能研究》一文被SCI收录。  四是制订纳米活化竹炭企业标准2项、生产工艺规范1项。分别是纳米活化竹炭(Q/SCBYZ  01-2009)、纳米活化竹炭包(Q/SCBYZ  02-2009),以及《纳米活化长效多功能竹炭制品》工艺规范及检测方法。  4.项目技术应用前景  我国有竹炭企业近400家,主要分布在浙江、福建、广东,其中浙江占三分之二以上,竹炭产量超过1万吨,工业产值达8.5亿元,且每年以50%的速度增长,项目技术应用前景广阔。目前,项目已形成年产500吨纳米活化长效多功能竹炭颗粒原料、各类炭包300万只的生产能力,产品经用户试用,反映良好,已实现年销售收入1500万元以上,年增利税300万元以上。 (来源:浙江省科技厅 作者:省科技厅高新处)




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