碳纤维高压电震处理造就了卓越的净水器

纳米碳吸附剂的合成工艺。

通过将前体混合物暴露于高压下，用于净化水的纳米碳的效率大大提高。

名古屋大学的科学家们开发了一种一步制造工艺，该工艺提高了纳米碳从水中去除有毒重金属离子的能力。这项发现发表在《 ACS Applied Nano Materials》杂志上，可以帮助改善普遍获得清洁水的努力。

人们正在研究各种纳米碳，并通过吸附染料，气体，有机化合物和有毒金属离子来净化水和废水。这些纳米碳可以通过分子吸引力将重金属离子（如铅和汞）吸附到其表面上。但是这种吸引力很弱，因此它们本身并不是非常有效的吸附剂。

为了改善吸附，科学家正在考虑向纳米碳中添加分子（例如氨基），该分子与重金属形成更牢固的化学键。他们还试图找到方法使用纳米碳上所有可用的表面来吸附金属离子，包括其内部孔的表面。这将提高它们一次吸附更多金属离子的能力。

名古屋大学未来社会创新研究所的材料科学家长藤斋弘（Nagahiro Saito）及其同事开发了一种合成“氨基修饰的纳米碳”的新方法，该方法比传统方法能更有效地吸附多种重金属离子。

他们将苯酚（作为碳的来源）与称为APTES的化合物（作为氨基的来源）混合在一起。将该混合物置于玻璃室中并暴露于高压下，在液体中产生等离子体。他们使用的方法称为“溶液等离子体工艺”，维持了20分钟。形成了氨基改性碳的黑色沉淀物，将其收集，洗涤和干燥。

各种测试表明，氨基均匀分布在纳米碳表面上，包括其狭缝状的孔中。

Saito说：“我们的一步法可促进多孔纳米碳的内外表面上氨基的键合。”“与单独的纳米碳相比，这极大​​地提高了它们的吸附能力。”

他们将氨基改性的纳米碳经过十个吸附铜，锌和镉金属离子的循环，并在每个循环之间进行洗涤。尽管吸附金属离子的能力随着重复循环而降低，但降低幅度很小，使得它们在重复使用时相对稳定。

最后，研究小组将其氨基修饰的纳米碳与通过常规方法合成的其他五种碳进行了比较。它们的纳米碳对测试的金属离子具有最高的吸附能力，表明它们的纳米碳上的氨基比其他碳原子多。

斋藤说：“我们的流程可以帮助降低水净化成本，并使我们更接近在2030年之前实现普遍，公平地获得所有人都能负担得起的安全和负担得起的饮用水。”

参考：Mongkol Tipplook，Phuwadej Pornaroontham，Anyarat Watthanaphanit和Nagahiro Saito的“液相等离子体辅助原位合成用于过渡金属离子吸附的富氨基纳米碳”，2019年12月27日，ACS应用纳米材料。DOI：
10.1021 / acsanm.9b01915

这项工作得到了JST-SICORP Grant JPMJSC18H1和JST-OPERA Grant JPMJOP1843的支持。