含零價金屬的高分子復合載體及其制造方法技術

本發明專利技術揭露一種含零價金屬的高分子復合載體及其制造方法。此含零價金屬的高分子復合載體具有可調控的表面孔洞大小、孔隙率、與水的親合度、及內部類似珊瑚枝狀的通道結構，可嵌入高含量的含鐵材料及其衍生物，以控制其與水反應的釋氫速率，及其對于水中重金屬吸附與含氯有機物催化還原反應的速率，藉此提供厭氧性生物代謝的所需的氫氣，并可應用于水處理的濾材及地下水污染的截流整治墻，以吸附重金屬并催化含氯有機物的還原反應。此外，此含零價金屬的高分子復合載體制作成緊密無孔洞的薄膜時，亦可作為一種屏蔽電磁波的材料。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術是有關于一種，特別是有關于一種含有含鐵材料及其衍生物的以及于污染整治與屏蔽電磁波的應用。
技術介紹
零價鐵(zero-valent iron ；ZVI)相關研究自90年代開始至今，已證實零價鐵(微米或納米級)應用于土壤及地下水的污染整治是一項非常有效的材料，可處理的污染物范圍包括含氯揮發性有機物、重金屬、農藥、多氯聯苯及戴奧辛等高毒性的化合物。納米級的ZVI更因粒徑小、比表面積大，使反應速率更快，然而也因此容易被腐蝕，而縮短反應期程。目前零價鐵的應用主要仍局限于地下水環境(屬低氧或缺氧)，若要延伸至其它的 應用范圍，例如一般的水及廢水處理是統，則可能會產生成本過高、處理水的色度及濁度偏高、及廢棄物回收或處理困難等相關問題。此外，零價鐵亦具有產氫及磁性等特質，是目前尚未完全開發及應用的領域。零價金屬(zero-valentmetals ;ZVMs),例如零價鐵(zero-valent iron ;ZVI ;Fe。)或零價鋒(zero-valent zinc ；Zn°)、零價招(zero-valent aluminum ；A1°)等，因其具有優異的還原能力，能分解水而產生氫氣。目前上述的物質在應用上仍以漿料態(slurrytype)為主，因此反應釋放的氫氣往往與漿料中的粉體混合，而無法更有效率地被利用。粉體外露的表面積相對較高，造成零價金屬的腐蝕速率亦較快，而使反應期程縮短，將增加處理成本。過去研究曾利用有機(例如，高分子、表面活性劑)或無機物(例如，二氧化硅、二氧化鈦)披覆粉體的方法，以減緩腐蝕并增加反應速率，然而仍無法有效突破應用領域上的限制。
技術實現思路
有鑒于此，本專利技術的目的在于提供一種制備零價金屬的新方法，不僅能強化原有特性及功能，并能產生更多元的產業應用價值。因此，本專利技術的一個方面是提供一種含零價金屬的高分子復合載體的制造方法，其是結合濕式與干式成形及功能化步驟，使含鐵材料及其衍生物嵌入高分子內部的立體空間里，并通過調控含零價金屬的高分子載體外表面的平均孔徑以及其內部的珊瑚枝狀通道結構及與水的親合度，以控制含鐵材料及其衍生物的釋氫速率并應用于環境微生物以及污染整治等領域。再者，本專利技術的另一方面是提供一種含零價金屬的高分子復合載體，其具有可調控的表面孔洞大小、孔隙率、與水的親合度、及內部類似珊瑚枝狀的通道結構，可嵌入高含量的含鐵材料及其衍生物，且能控制其與水反應的釋氫速率，及其對于水中重金屬吸附與含氯有機物催化還原反應的速率，藉此提供厭氧性生物代謝的所需的氫氣，并可應用于水及廢水處理的濾材及地下水污染的截流整治墻，以吸附重金屬并催化含氯有機物的還原反應。另外，本專利技術的又一方面是提供一種屏蔽電磁波的材料，其是利用上述方法形成緊密無孔洞結構的材料，可有效屏蔽電磁波。根據本專利技術的上述方面，提出一種含零價金屬的高分子復合載體的制造方法。在一實施方式中，此方法可包含提供一混合物，其中此混合物可包括但不限于I至92重量份的含鐵材料及其衍生物，8至99重量份的高分子原料，以及有機溶劑，以溶解高分子原料并均勻分散含鐵材料及其衍生物。接著，進行抽真空步驟，以去除上述混合物所含的空泡。然后，進行成形及功能化步驟，其中此成形及功能化步驟可包括但不限于進行濕式成形及功能化步驟以及進行干式成形及功能化步驟，以使前述混合物形成前述含零價金屬的高分子復合載體，且含零價金屬的高分子載體可容納含鐵材料及其衍生物。所得的含零價金屬的 高分子復合載體的內部可具有珊瑚枝狀通道結構，此含零價金屬的高分子復合載體的表面具有多個孔洞，且這些孔洞具有介于I納米至100微米的平均孔徑。當此含零價金屬的高分子復合載體置于含水環境時，水分會擴散進入表面的孔洞再經由珊瑚枝狀通道結構與此含零價金屬的高分子復合載體的含鐵材料及其衍生物接觸反應，并持續穩定釋放氫氣，促進含水環境所在的微生物的生長，并吸附及/或降解污染物。依據本專利技術一實施方式，上述的含零價金屬的高分子復合載體的外形具有任意可塑性，例如可為平板狀(或片狀、薄膜狀)、顆粒狀、中空管狀或長條狀。依據本專利技術一實施方式，上述的含零價金屬的高分子復合載體的制造方法例如可為批次(batch)制程或自動化連續式制程。根據本專利技術的又一方面，提出一種含零價金屬的高分子復合載體。在一實施方式中，此含零價金屬的高分子復合控制載體可包含但不限于I至92重量份的含鐵材料及其衍生物，以及8至99重量份的高分子原料。當此含零價金屬的高分子復合載體置于含水環境時，水分會擴散進入表面的孔洞再經由珊瑚枝狀通道結構與此含零價金屬的高分子復合載體的含鐵材料及其衍生物接觸，可持續穩定釋放氫氣，以促進含水環境所在的微生物的生長，并吸附及/或降解污染物。根據本專利技術的另一方面，提出一種屏蔽電磁波的材料，其是利用上述方法制得可撓性且具有緊密無孔洞結構的材料，可有效屏蔽電磁波。應用本專利技術的，由于此含零價金屬的高分子復合載體具有可調控的表面孔洞大小、孔隙率、與水的親合度、及內部類似珊瑚枝狀的通道結構，可嵌入高含量的含鐵材料及其衍生物，且能控制其與水反應的釋氫速率，及其對于水中重金屬吸附與含氯有機物催化還原反應的速率，藉此提供厭氧性生物代謝的所需的氫氣，并可應用于水處理的濾材及地下水污染的截流整治墻，以吸附重金屬并催化含氯有機物的還原反應。另外，此含零價金屬的高分子載體制作成無孔洞的薄膜時，亦可作為一種屏蔽電磁波的材料。附圖說明為讓本專利技術的上述和其它目的、特征、優點與實施例能更明顯易懂，所附附圖的詳細說明如下圖1是繪示根據本專利技術一實施方式的含零價金屬的高分子復合載體的制造方法的部分流程圖；圖2是顯示根據本專利技術一實施例的含零價金屬的高分子復合載體的外觀；圖3是顯示根據本專利技術數個實施例的含零價金屬的高分子復合載體的剖面結構(圖3A)、內部結構(圖3B)及表面結構(圖3C);圖4是繪示根據本專利技術一實施方式的替換式管柱的施作示意圖；圖5是繪示根據本專利技術另一實施方式的透水性反應墻的示意圖；圖6是繪示根據本專利技術一實施方式的釋氫累積量的測量裝置；圖7是繪示根據本專利技術一實施方式的含零價金屬的高分子復合載體的釋氫累積量的曲線圖； 圖8是繪示根據本專利技術一實施方式的含零價金屬的高分子復合載體的氧化還原電位的曲線圖；圖9是繪示根據本專利技術一實施方式的含零價金屬的高分子復合載體處理含鑰廢水的鑰濃度曲線圖；圖1OA至圖1OC是分別顯示根據本專利技術一實施例的含零價金屬的高分子復合載體在處理含鑰廢水后的內部電顯掃描圖(圖10A)、能量散射光譜圖(圖10B)以及元素分布線掃描圖(圖10C)；其中，主要元件符號說明101提供含有含鐵材料及其衍生物、高分子原料以及有機溶劑的混合物的步 驟103進行分散及穩定化步驟的步驟105a進行濕式成形及功能化步驟的步驟105進行成形及功能化步驟的步驟105b進行干式成形及功能化步驟的步驟107形成含零價金屬的高分子復合載體400地下環境401:擴散方向402污染物403:替換式管柱404繩索405:含零價金屬的高分子復合載體407溝渠408:渠道411水平方向413:垂直方向500透水性反應墻501:墻體503替換式管柱505:含零價金屬的高分子復合載體600測量裝置601:待測物603高分子復合載體607/609:管道608:本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種含零價金屬的高分子復合載體的制造方法，至少包含：提供一混合物，其中所述混合物至少包含：1至92重量份的一含鐵材料及其衍生物，其中所述含鐵材料及其衍生物至少包含零價鐵，且所述含鐵材料及其衍生物具有1納米至10微米的平均粒徑；8至99重量份的一高分子原料，其中所述高分子原料為砜類聚合物或含氟聚合物；以及一有機溶劑，以溶解所述高分子原料并均勻分散所述含鐵材料及其衍生物，其中所述有機溶劑是選自于由二甲基甲酰胺、N?甲基?2?吡咯啶以及N，N?二甲基乙酰胺所組成的一族群；進行一抽真空步驟，以去除所述混合物所含的空泡；以及進行一成形及功能化步驟，其中所述成形及功能化步驟至少包含：進行一濕式成形及功能化步驟，使所述混合物在0℃至40℃的溫度下、于一凝聚劑中膨潤0.5分鐘至5分鐘，以去除部分的有機溶劑而使混合物形成一復合材料，其中所述凝聚劑是選自于由甲醇、乙醇、丙醇、丙酮、水及上述的任意組合所組成的一族群；及/或進行一干式成形及功能化步驟，使復合材料在90℃至150℃的溫度下干燥15分鐘至30分鐘，以去除殘余的有機溶劑及凝聚劑，并形成含零價金屬的高分子復合載體，其中所述高分子原料形成的高分子載體容納所述含鐵材料及其衍生物，且所述含零價金屬的高分子復合載體的厚度為1至1000微米。...

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：孫元邦，戴清智，
申請(專利權)人：睿元奈米環境科技股份有限公司，
類型：發明
國別省市：