專利名稱：含零價金屬的高分子復合載體及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種含零價金屬的高分子復合載體及其制造方法，特別是有關(guān)于一種含有含鐵材料及其衍生物的含零價金屬的高分子復合載體及其制造方法以及于污染整治與屏蔽電磁波的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
零價鐵(zero-valent iron ；ZVI)相關(guān)研究自90年代開始至今，已證實零價鐵(微米或納米級)應(yīng)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(fā)性有機物、重金屬、農(nóng)藥、多氯聯(lián)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(yīng)速率更快，然而也因此容易被腐蝕，而縮短反應(yīng)期程。目前零價鐵的應(yīng)用主要仍局限于地下水環(huán)境(屬低氧或缺氧)，若要延伸至其它的 應(yīng)用范圍，例如一般的水及廢水處理是統(tǒng)，則可能會產(chǎn)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(guān)問題。此外，零價鐵亦具有產(chǎn)氫及磁性等特質(zhì)，是目前尚未完全開發(fā)及應(yīng)用的領(lǐng)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(yōu)異的還原能力，能分解水而產(chǎn)生氫氣。目前上述的物質(zhì)在應(yīng)用上仍以漿料態(tài)(slurrytype)為主，因此反應(yīng)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(yīng)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(yīng)速率，然而仍無法有效突破應(yīng)用領(lǐng)域上的限制。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明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(chǎn)生更多元的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用價值。因此，本發(fā)明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(jié)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(nèi)部的立體空間里，并通過調(diào)控含零價金屬的高分子載體外表面的平均孔徑以及其內(nèi)部的珊瑚枝狀通道結(jié)構(gòu)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(yīng)用于環(huán)境微生物以及污染整治等領(lǐng)域。再者，本發(fā)明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(diào)控的表面孔洞大小、孔隙率、與水的親合度、及內(nèi)部類似珊瑚枝狀的通道結(jié)構(gòu)，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(yīng)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(yīng)的速率，藉此提供厭氧性生物代謝的所需的氫氣，并可應(yīng)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(yīng)。另外，本發(fā)明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(jié)構(gòu)的材料，可有效屏蔽電磁波。根據(jù)本發(fā)明的上述方面，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(nèi)部可具有珊瑚枝狀通道結(jié)構(gòu)，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(huán)境時，水分會擴散進入表面的孔洞再經(jīng)由珊瑚枝狀通道結(jié)構(gòu)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(yīng)，并持續(xù)穩(wěn)定釋放氫氣，促進含水環(huán)境所在的微生物的生長，并吸附及/或降解污染物。依據(jù)本發(fā)明一實施方式，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(jù)本發(fā)明一實施方式，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(xù)式制程。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，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(huán)境時，水分會擴散進入表面的孔洞再經(jīng)由珊瑚枝狀通道結(jié)構(gòu)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(xù)穩(wěn)定釋放氫氣，以促進含水環(huán)境所在的微生物的生長，并吸附及/或降解污染物。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，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(jié)構(gòu)的材料，可有效屏蔽電磁波。應(yīng)用本發(fā)明的含零價金屬的高分子復合載體及其制造方法，由于此含零價金屬的高分子復合載體具有可調(diào)控的表面孔洞大小、孔隙率、與水的親合度、及內(nèi)部類似珊瑚枝狀的通道結(jié)構(gòu)，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(yīng)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(yīng)的速率，藉此提供厭氧性生物代謝的所需的氫氣，并可應(yīng)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(yīng)。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。


為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征、優(yōu)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(jù)本發(fā)明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(jù)本發(fā)明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(jù)本發(fā)明數(shù)個實施例的含零價金屬的高分子復合載體的剖面結(jié)構(gòu)(圖3A)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)(圖3B)及表面結(jié)構(gòu)(圖3C);圖4是繪示根據(jù)本發(fā)明一實施方式的替換式管柱的施作示意圖；圖5是繪示根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的透水性反應(yīng)墻的示意圖；圖6是繪示根據(jù)本發(fā)明一實施方式的釋氫累積量的測量裝置；圖7是繪示根據(jù)本發(fā)明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(jù)本發(fā)明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(jù)本發(fā)明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(jù)本發(fā)明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(nèi)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(wěn)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(huán)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(yīng)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:空間610:溢流水
612容器Α/B:管柱
Al污染源區(qū)A2:污染擴散區(qū)
A3污染外圍區(qū)Hy:高度
Wx:寬度Dz:厚度。
具體實施例方式承前所述，本發(fā)明提供一種含零價金屬的高分子復合載體及其制造方法，其是利用高分子載體內(nèi)部的珊瑚枝狀通道結(jié)構(gòu)，可承載高量的含鐵材料及其衍生物，以形成含零價金屬的高分子復合載體。本發(fā)明此處所稱的“含零價金屬的高分子復合載體”，是指利用含鐵材料及其衍生物嵌入高分子載體而形成含零價金屬的高分子復合載體，藉由調(diào)控其表面的孔洞平均孔徑、孔隙率、其內(nèi)部的珊瑚枝狀通道結(jié)構(gòu)及與水的親合性，使所含的含鐵材料及其衍生物與水反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣能長時間持續(xù)穩(wěn)定釋放至載體外，藉此促進水相所在微生物的生長，且含鐵材料及其衍生物本身可吸附及分解污染物。在一實施方式中，此含零價金屬的高分子復合載體是利用高分子載體承載高量的釋氫物質(zhì)。本發(fā)明此處所稱的“珊瑚枝狀通道結(jié)構(gòu)”，是指載體的內(nèi)部具有珊瑚枝狀通道結(jié)構(gòu)，其中此珊瑚枝狀通道結(jié)構(gòu)是由高分子連接架構(gòu)而成，以空間限縮水分子與釋氫物質(zhì)接觸及產(chǎn)氣外釋的時間，以調(diào)控釋氫物質(zhì)于長時間持續(xù)穩(wěn)定釋放氣體。本發(fā)明此處所稱的“含鐵材料及其衍生物”，是指含有與水接觸反應(yīng)后可釋放氫氣的物質(zhì)，或稱釋氫物質(zhì)抑或產(chǎn)氫型物質(zhì)，其中含鐵材料及其衍生物則有助于厭氧性微生物的生長，同時此含鐵材料及其衍生物本身亦可吸附及/或分解污染物。由于此含鐵材料及其衍生物的粒徑大小亦影響其釋氫速率，因此其平均粒徑例如可為I納米至10微米。在一實施方式中，此含鐵材料及其衍生物例如可包含零價鐵(zero-valent iron ；ZVI ；Fe°)的鐵粉粒子。在一例示中，前述零價鐵來源可利用市售的零價鐵(純化或含有不純物皆可)。此零價鐵本身與水接觸后進行如式(I)的反應(yīng)而產(chǎn)生氫氣，可促進厭氧性的環(huán)境微生物代謝及生長，并吸附及/或分解污染物。因此，含有零價鐵的高分子復合載體亦可具有多重功能Fe°+2H20 — Fe2++H2+20『(I)承前所述，此含零價金屬的高分子復合載體是利用高分子載體承載高量的含鐵材料及其衍生物，當投置于含水環(huán)境時，水分子及污染物因多孔載體內(nèi)的比表面積大而快速擴散進入孔洞內(nèi)并經(jīng)由珊瑚枝狀通道結(jié)構(gòu)與其所含的含鐵材料及其衍生物接觸而吸附及分解污染物；產(chǎn)生的氫氣則受載體結(jié)構(gòu)的控制，而能持續(xù)穩(wěn)定釋放氫氣于載體外，進而有利于厭氧型生物整治法(anaerobic bioremediation)。本發(fā)明此處所稱的“含水環(huán)境”,是泛指所有含水的環(huán)境，可包括但不限于海洋、河川、湖泊、地下水道、溝渠、地下水層、水槽、污泥(sludge)或土壤等。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，其是調(diào)控此含零價金屬的高分子復合載體所使用的含鐵材料及其衍生物的含量、平均粒徑、高分子載體表面的孔洞的平均孔徑、孔隙率、其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及與水的親合性等，使此含零價金屬的高分子復合載體于上述含水環(huán)境中得以強化對污染物的吸收、吸附、及反應(yīng)能力，并長時間持續(xù)穩(wěn)定釋放氣體。此外，為了提升零價鐵的催化或磁性效果，更可利用貴金屬附著于上述零價鐵材料。在一例示中，適用的貴金屬例如可包括鉬、鈀、銠、金、銀、鈷或上述的任意組合。本發(fā)明此處所稱含鐵材料及其衍生物可吸附及/或分解的“污染物”，是指重金屬類污染物、有機鹵素化合物(organohalogen compound)或硝酸鹽類。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，重金屬類污染物可包括但不限于砷、鑰、或鉻，有機鹵素化合物可包括但不限于含氯揮發(fā)性有機物(chlorinated volatile organic compounds ;CV0Cs)、三氯乙烯(trichloroethylene ;TCE)、四氯乙烯(perchloroethylene ；PCE)或戴奧辛類(dioxins)。在本發(fā)明一實施方式中，上述的含零價金屬的高分子復合載體是利用高分子載體容納高量的含鐵材料及其衍生物而形成。在一例示中，含零價金屬的高分子復合載體可利用例如8至99重量份的高分子原料混合I至92重量份的含鐵材料及其衍生物而形成。在另一例示中，含零價金屬的高分子復合載體可利用例如8至95重量份的高分子載體容納5至92重量份的含鐵材料及其衍生物而形成。在又一例示中，含零價金屬的高分子復合載體可利用例如8至50重量份的高分子載體容納50至92重量份的含鐵材料及其衍生物而形成。在本發(fā)明另一實施方式中，上述使用的含鐵材料及其衍生物具有例如I納米至10微米的平均粒徑，高分子載體的內(nèi)部具有珊瑚枝狀通道結(jié)構(gòu)，且高分子載體的表面具有多個孔洞,而這些孔洞具有例如介于I納米至100微米的平均孔徑,藉此可容納高量(例如高達92重量份)的含鐵材料及其衍生物。其次，視實際需求而定，上述高分子載體可選用親水性(hydrophilic)高分子原料、疏水性(hydrophobic)高分子原料或上述的任意組合，以調(diào)控高分子載體與水的親合度。在一例示中，上述高分子原料例如可為砜類聚合物(sulfonepolymers)或含氟聚合物(fluoropolymers),其中砜類聚合物可包括但不限于聚乙醚砜(polyethersulfone ；PESF)、聚諷(polysulfone ；PSF)或聚苯諷(polyphenylene sulfone ；PPSF),而含氟聚合物例如可為聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride ;PVDF)。在本發(fā)明又一實施方式中，上述的含零價金屬的高分子復合載體更可選擇性添加其它吸附材料、散熱材料及/或生物營養(yǎng)劑，以增加其功能性，其中上述的吸附材料、散熱材料及/或生物營養(yǎng)劑的添加量為相對于含鐵材料及其衍生物與高分子載體的總重量份的O. 01至35重量份。在一例示中，其它吸附材料可包括但不限于活性碳、沸石、分子篩或上述的任意組合。在另一例示中，散熱材料可包括但不限于氮化硼(boron nitrite)、納米碳管或上述的任意組合。在又一例示中，生物營養(yǎng)劑可包括但不限于醣類、淀粉或上述的任 意組合，以促進水相所在微生物的生長。在本發(fā)明又另一實施例方式中，上述的含零價金屬的高分子復合載體可形成無孔洞的薄膜，由于此薄膜容納高量的含鐵材料及其衍生物(例如零價鐵粉粒子及/或貴金屬材料)，因此可作為一種屏蔽電磁波的材料。在本發(fā)明上述實施方式中，上述的薄膜更可選擇性添加上述散熱材料，以增加其功能性。在本發(fā)明更另一實施方式中，上述的含零價金屬的高分子復合載體可藉由下述方式制得。請參閱圖1，其是繪示根據(jù)本發(fā)明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。在一例示中，如步驟101所示，可先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，其中含鐵材料及其衍生物可具有例如I至92重量份，高分子原料可具有例如8至99重量份，以有機溶劑溶解高分子原料并均勻分散含鐵材料及其衍生物。在此例示中，上述的高分子原料可使用上述例示的材料，而上述的有機溶劑可包括但不限于二甲基甲酸胺(N, N-Dimethyl formamide ;DMF)、N_甲基-2-卩比咯卩定(1-me thy I2 pyrrolidione ；NMP)或 N,N-二甲基乙酸胺(N,N-dimethylacetamide ;DMAc)。在另一例示中，此混合物亦可使用前述所例示的其它重量份范圍的含鐵材料及其衍生物及高分子原料，故此處不另贅述。在又一例示中，前述混合物更可選擇包括前述所例示的吸附材料、散熱材料及/或生物營養(yǎng)劑。接著，如步驟103所示，進行分散及穩(wěn)定化步驟，其是另加入分散劑，以例如每分鐘50轉(zhuǎn)(revolution per minute ；rpm)至500轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速，攪拌約6至24小時，以達均勻及不立即沉淀的穩(wěn)定狀態(tài)，以使后續(xù)制得的含零價金屬的高分子復合載體內(nèi)部的含鐵材料及其衍生物均勻分布與載體的表面外觀平整及色澤均勻。在一例示中，分散劑的材料可為有機高分子分散劑，例如聚羧酸鹽、聚乙烯醇、聚丙烯銨或上述的任意組合。在另一例示中，上述分散劑的添加量可例如相對于前述含鐵材料及其衍生物與高分子載體的總重量份的0.1至2重量份。惟在此說明的是，有機高分子分散劑不限于上述所舉，亦可使用具有與上述有機高分子分散劑相同或類似成分的其它分散劑，例如使用荷蘭Uniqema公司的產(chǎn)品型號Hypermer KD-1 5, KD8 11等分散劑。之后,可進行抽真空步驟，以去除前述混合物所含的空泡。該抽真空步驟可進行10分鐘至30分鐘。然后，如步驟105所示，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(如步驟105a所示)以及進行干式成形及功能化步驟(如步驟105b所示)，以使前述混合物形成含零價金屬的高分子復合載體，且前述含鐵材料及其衍生物可完全容納在高分子載體內(nèi)部。進而言之，在一實施方式中，進行上述濕式成形及功能化步驟(如步驟105a所示)時，可使前述混合物在例如0°c至40°C的溫度下、于一凝聚劑中膨潤O. 5分鐘至5分鐘，以去除部分的有機溶劑及凝聚劑，而使前述混合物形成一復合材料。在一例示中，前述濕式成形及功能化步驟亦可于例如5°C至15°C的溫度下進行。在另一例示中，前述適用的凝聚劑可包括但不限于甲醇、乙醇、丙醇、丙酮、水或上述的任意組合。在此實施例中，為了形成不同形狀的復合材料，可以使用任何習知的方式形成平板狀(或片狀、薄膜狀)、顆粒狀、中空管狀或長條狀的復合材料，此為本技術(shù)領(lǐng)域中任何具有通常知識者所熟知，故不另贅述。在另一實施方式中，進行上述干式成形及功能化步驟(如步驟105b所示)時，可使前述復合材料在例如90°C至150°C的溫度下干燥15分鐘至30分鐘，以去除殘余的有機溶劑，而形成含零價金屬的高分子復合載體，如步驟107所示。在一例示中，前述干式成形及功能化步驟亦可于例如100°C至120°C的溫度下進行。在另一例示中，前述所得的含零價金屬的高分子復合載體具有任意可塑性，因此其外形例如可為平板狀(或片狀、薄膜狀)、顆粒狀、中空管狀或長條狀。舉例而言，請參閱圖2，其是分別顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例的中空管狀的含零價金屬的高分子復合載體的外觀。在又一例示中，前述所得的含零價金屬的高分子復合載體的厚度例如可為I至1000微米。在又另一例示中，前述所得的含零價金屬的高分子復合載體的厚度例如可為50至500微米。前述的含零價金屬的高分子復合載體除可單獨成形之外，在前述成形及功能化步驟(如步驟105)之前，亦可選擇性進行涂布步驟，其中此涂布步驟端視基材的不同，可使用適當?shù)耐坎挤绞剑骨笆龌旌衔锞鶆蛐纬捎诨纳?。在一實施方式中，倘若欲涂布的基材為一平?或片狀、薄膜)，可利用習知的刮刀式涂布步驟或旋涂式涂布步驟。在另一實施方式中，倘若欲涂布的基材為一顆粒、一中空管或一長條，則此基材亦可浸入前述混合物，使前述混合物均勻形成于基材的表面上。在此需說明的是，上述步驟可視制程需求，利用批次(batch)制程或自動化連續(xù)式制程而制得。舉例而言，請參閱圖3，其是分別顯示根據(jù)本發(fā)明數(shù)個實施例的含零價金屬的高分子復合載體的剖面結(jié)構(gòu)(圖3A)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)(圖3B)及表面結(jié)構(gòu)(圖3C)。經(jīng)由上述步驟所得的含零價金屬的高分子復合載體具有功能性，其內(nèi)部可具有珊瑚枝狀通道結(jié)構(gòu)(如圖3A所示)，此含零價金屬的高分子復合載體的表面具有多個孔洞(如圖3B所示)，且此些孔洞具有例如介于1納米至100微米的平均孔徑。在一實施方式中，當此含零價金屬的高分子復合載體投置于含水環(huán)境時(例如平板狀、片狀或薄膜狀的含零價金屬的高分子復合載體，或具有此含零價金屬的高分子復合載體的平板基材，可投置于例如海洋、河川、湖泊、地下水道、溝渠、地下水層、水槽、底泥或土壤；顆粒狀、中空管狀或長條狀的含零價金屬的高分子復合載體，或具有此含零價金屬的高分子復合載體、中空管狀或長條狀基材，則可與例如土壤均勻混合)，水分子及污染物擴散進入前述孔洞再經(jīng)由珊瑚枝狀通道結(jié)構(gòu)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并吸附及/或分解污染物，同時持續(xù)穩(wěn)定釋放氫氣于載體外，促進含水環(huán)境所在的微生物的生長。
在另一實施方式中，前述單獨成形的含零價金屬的高分子復合載體、或經(jīng)涂布的基材，更可制成一墻體，例如透水性反應(yīng)墻(permeable reactive barrier ；PRB),以分解流經(jīng)透水性反應(yīng)墻的地下水污染物。本發(fā)明此處所稱含鐵材料及其衍生物制成的“透水性反應(yīng)墻”，是指于受污染的地下環(huán)境中，在污染團(plume)流動方向的橫截面上，以設(shè)井鉆機置入替換式管柱或挖掘溝渠建置透水性反應(yīng)墻，藉由吸附及/或分解作用而去除污染物。習知的粉體材料的管柱或透水性反應(yīng)墻是固定設(shè)置于地下，施工與替換皆相當不便，且習知的透水性反應(yīng)墻的厚度動輒2米至3米，工程費用較高。具體而言，請參閱圖4，其是繪示根據(jù)本發(fā)明一實施方式的替換式管柱的施作示意圖。在一例示中，受污染物402污染的地下環(huán)境400內(nèi)設(shè)有多組替換式管柱403，其中上述替換式管柱403可順著污染物402的擴散方向401，而有不同的施作方式。在一例示中，于 污染源區(qū)Al的附近，上述替換式管柱403可例如以水平方向411，利用穿設(shè)于污染源區(qū)Al的地下環(huán)境內(nèi)。在另一例示中，于污染擴散區(qū)A2的附近，上述替換式管柱403可例如利用繩索404，以垂直方向413，穿設(shè)于污染擴散區(qū)A2的地下環(huán)境的溝渠407下方的渠道408內(nèi)。在又一例示中，于污染外圍區(qū)A3的附近，上述替換式管柱403可例如利用繩索404，以垂直方向413，穿設(shè)于污染外圍區(qū)A3的地下環(huán)境的渠道408內(nèi)，以形成柵欄。上述每一替換式管柱403內(nèi)更設(shè)有多個長條型的含零價金屬的高分子復合載體405，藉此吸附及/或分解受污染的地下環(huán)境400內(nèi)的污染物402，并持續(xù)穩(wěn)定釋出氫氣，促進受污染物402污染的地下環(huán)境所在的微生物(厭氧菌)的生長。請參閱圖5，其是繪示根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的透水性反應(yīng)墻的示意圖。在實際應(yīng)用時，本發(fā)明的含零價金屬的高分子復合載體更可制成透水性反應(yīng)墻，其中透水性反應(yīng)墻500的墻體501的材質(zhì)可使用習的常用的材料(例如混凝土、樹脂等)，其寬度Wx與高度Hy可視實際需求而任意調(diào)整，其厚度Dz僅需10厘米至30厘米或者10厘米至15厘米。由于本發(fā)明的透水性反應(yīng)墻500的厚度Dz較薄，因此可輕易利用軌道(圖未繪示)或其它相當?shù)姆绞?，將透水性反?yīng)墻500輕易抽出并進行替換或維修。此外，透水性反應(yīng)墻500內(nèi)的替換式管柱503，含有多個長條型的含零價金屬的高分子復合載體505，且替換式管柱503亦可隨時更換。因此，本發(fā)明的透水性反應(yīng)墻500可有效改善習知的透水性反應(yīng)墻的施工不便、難以替換且占據(jù)空間等缺點。以下利用實施例以說明本發(fā)明的應(yīng)用，然其并非用以限定本發(fā)明，本發(fā)明技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作各種地更動與潤飾。實施例一含零價金屬的高分子復合載體的制備(一 )制備混合物在此實施例中，首先，于例如500mL的廣口玻璃瓶中加入如表I的實驗組所示含量的 N-甲基-2-批咯唆(NMP ；99+%, Spectrophotometer Grade, Merck Co. , USA)以及聚乙醚砜(PESF ；RadeI A-300, Ameco Performance, USA),緩慢攪拌至聚乙醚砜完全溶解,其中NMP與PESF的總體積可例如介于50mL至400mL，但本發(fā)明并不限于此處所舉。然后，加入零價鐵(平均粒徑約20納米至10，000納米，睿元納米環(huán)境科技股份有限公司，中國臺灣)，以例如每分鐘500轉(zhuǎn)(revolution per minute ；rpm)至2000轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速，攪拌約2至24小時，使零價鐵均勻分布其中而形成混合物。
表1:混合物的各成份的含量
權(quán)利要求
1.一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I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I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°c至40°C的溫度下、于一凝聚劑中膨潤O. 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°C至150°C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I至1000微米。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含零價金屬的高分子復合載體的制造方法，其中所述含鐵材料及其衍生物于含零價金屬的高分子復合載體中具有50至92重量份。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含零價金屬的高分子復合載體的制造方法，其中所述含鐵材料及其衍生物更包含一貴金屬材料以包覆零價鐵，且所述貴金屬材料為鉬、鈀、銠、金、銀、鈷或上述的任意組合所組成的一族群。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含零價金屬的高分子復合載體的制造方法，其中所述砜類聚合物是選自于由聚乙醚砜、聚砜以及聚苯砜所組成的一族群，且所述砜類聚合物于含零價金屬的高分子復合載體中具有8至50重量份。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含零價金屬的高分子復合載體的制造方法，其中所述含氟聚合物為聚偏二氟乙烯，且所述含氟聚合物于含零價金屬的高分子復合載體中具有8至50重量份。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含零價金屬的高分子復合載體的制造方法，其中所述混合物更至少包含一吸附材料，所述吸附材料的添加量為相對于含鐵材料及其衍生物與高分子載體的總重量份的O. 01至35重量份，且所述吸附材料是選自于由活性碳、沸石、分子篩及上述的任意組合所組成的一族群。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含零價金屬的高分子復合載體的制造方法，其中該所述混合物更至少包含一散熱材料，其中所述散熱材料的添加量為相對于含鐵材料及其衍生物與高分子載體的總重量份的O. 01至35重量份，且所述散熱材料是選自于由氮化硼、納米碳管及上述的任意組合所組成的一族群。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含零價金屬的高分子復合載體的制造方法，其中所述混合物更至少包含一生物營養(yǎng)劑，所述生物營養(yǎng)劑的添加量為相對于含鐵材料及其衍生物與高分子載體的總重量份的O. 01至35重量份，且所述生物營養(yǎng)劑是選自于由醣類、淀粉及上述的任意組合所組成的一族群。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含零價金屬的高分子復合載體的制造方法，其中所述混合物更至少包含一分散劑，所述分散劑的添加量為相對于含鐵材料及其衍生物與高分子載體的總重量份的O.1至2重量份，且所述分散劑是選自于由聚羧酸鹽、聚乙烯醇、聚丙烯胺及上述的任意組合所組成的一族群。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含零價金屬的高分子復合載體的制造方法，其中所述含零價金屬的高分子復合載體的外形為平板狀、顆粒狀、中空管狀或長條狀。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含零價金屬的高分子復合載體的制造方法，其中在成形及功能化步驟之前，更至少包含進行一涂布步驟，使所述混合物均勻形成于一基材上，其中所述涂布步驟為一旋涂式涂布步驟或一刮刀式涂布步驟。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的含零價金屬的高分子復合載體的制造方法，其中所述基材為平板、顆粒、中空管或長條。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含零價金屬的高分子復合載體的制造方法，其中所述抽真空步驟進行10分鐘至30分鐘。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的含零價金屬的高分子復合載體的制造方法，其中所述含零價金屬的高分子復合載體的制造方法為批次制程或自動化連續(xù)式制程。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含零價金屬的高分子復合載體的制造方法，其中含零價金屬的高分子復合載體的內(nèi)部具有珊瑚枝狀通道結(jié)構(gòu)，含零價金屬的高分子復合載體的表面具有多個孔洞，這些孔洞具有介于I納米至100微米的平均孔徑，且當含零價金屬的高分子復合載體置于含水環(huán)境時，水分及污染物是擴散進入這些孔洞再經(jīng)由珊瑚枝狀通道結(jié)構(gòu)與含鐵材料及其衍生物接觸并吸附及/或分解污染物，同時持續(xù)穩(wěn)定釋出氫氣，藉以促進含水環(huán)境的微生物的生長。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的含零價金屬的高分子復合載體的制造方法，其中所述含水環(huán)境為海洋、河川、湖泊、地下水道、溝渠、地下水層、水槽、底泥或土壤。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的含零價金屬的高分子復合載體的制造方法，其中所述污染物為重金屬類污染物、有機齒素化合物或硝酸鹽類，所述重金屬類污染物包括砷、鑰、或鉻， 且所述有機齒素化合物包括含氯揮發(fā)性有機物、三氯乙烯、四氯乙烯或戴奧辛類。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含零價金屬的高分子復合載體的制造方法，其中所述含零價金屬的高分子復合載體的制造方法為批次制程或自動化連續(xù)式制程。
19.一種含零價金屬的高分子復合載體，其是利用權(quán)利要求1至18任一項所述的含零價金屬的高分子復合載體的制造方法所制成，其中當含零價金屬的高分子復合載體置于含水環(huán)境時，水分及污染物擴散進入孔洞內(nèi)再經(jīng)珊瑚枝狀通道結(jié)構(gòu)與含鐵材料及其衍生物接觸并吸附及/或分解污染物，同時持續(xù)穩(wěn)定釋出氫氣，以促進含水環(huán)境的微生物的生長。
20.一種屏蔽電磁波的材料，其是利用權(quán)利要求1至18任一項所述的含零價金屬的高分子復合載體的制造方法所制成的無孔洞薄膜。
全文摘要
本發(fā)明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(diào)控的表面孔洞大小、孔隙率、與水的親合度、及內(nèi)部類似珊瑚枝狀的通道結(jié)構(gòu)，可嵌入高含量的含鐵材料及其衍生物，以控制其與水反應(yīng)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(yīng)的速率，藉此提供厭氧性生物代謝的所需的氫氣，并可應(yīng)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(yīng)。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。
文檔編號C02F1/70GK102993454SQ201210177940
公開日2013年3月27日 申請日期2012年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月8日
發(fā)明者孫元邦, 戴清智 申請人:睿元奈米環(huán)境科技股份有限公司