科学研究 - 产综研开发成功碳纳米管废水的工业处理方法

日本产业技术综合研究所（简称“产综研”）开发出了利用碳纳米管（CNT）与次氯酸化合物的化学反应，从含CNT的工业废水中简单高效地去除CNT的方法。

利用次氯酸化合物（NaClO）从含CNT的废液中轻松去除CNT

将CNT等纳米碳材料应用于工业领域时，如何确保相关制造工艺的环保性和安全性是一大课题。此前一直没能确立从含CNT废水中简单去除CNT的方法，成为阻碍CNT无纺布和分散液在工业领域应用的主要因素。此次开发的技术有助于实现以低成本对含CNT废水进行工业处理的方法，通过防止CNT暴露于环境中，有望为发展安全放心的CNT产业做出贡献。

此次开发的技术是用次氯酸和次氯酸化合物对CNT进行氧化和分解。在浓度分别为5mg/L、50mg/L、100mg/L的单层CNT（SWNT）和多层CNT（MWNT）水分散液中添加次氯酸钠水溶液（1.25％），使之在37℃的温度下发生反应。在各种浓度的分散液中，最初因存在CNT而呈黑色的溶液均逐渐变淡，96小时后全部变成透明色（图1）。利用光吸收法定量测量溶液中CNT浓度的结果显示，CNT会随时间的流逝减少，最后基本变为零（图2）。

图1：添加了次氯酸钠溶液的CNT水溶液的颜色随时间变化情况
（a）5、50、100mg/L的SWNT溶液，（b）5、50、100mg/L的MWNT溶液

图2：利用次氯酸钠处理后，测量700nm波长吸光度的时间变化
（a）5、50、100mg/L的SWNT溶液，（b）5、50、100mg/L的MWNT溶液

另外，产综研还针对工业用CNT分散液，将利用不同表面活性剂分散的3种CNT分散液与次氯酸钠水溶液混合，使之发生反应，确认可以彻底去除CNT。这项技术的工艺非常简单，只需将含CNT的废液与次氯酸化合物溶液混合，静置于合适的温度下即可，适用于CNT制造工厂、加工工厂和研究机构等。

为确认利用该技术处理后的CNT废水能否安全排放，产综研调查了处理后的残液中的成分。首先通过加热去除残液中的次氯酸钠，并测量总碳含量，碳含量低于检测限（4μg/L）。接下来，在残液中少量添加氯化钙，残液颜色立即变得浑浊发白，表示含有碳酸离子（CO3-2）。然后用盐酸中和残液，并利用SEM或EDS（扫描型电子显微镜观察或能量色散型X射线光谱法）进行元素映射，确认残液中仅存在钠（Na）离子和氯（Cl）离子。根据以上结果可以认为，利用次氯酸钠彻底分解了CNT，生成了无害的钠离子、氯离子和碳酸离子（图3）。