利用石墨生產(chǎn)碳混合物的新技術

劉志忠

(黑龍江省科學院高技術研究院，黑龍江哈爾濱150090)

俄羅斯自然科學院院士維.伊.彼特里克先生在研制納米管合成技術過程中，創(chuàng)立了石墨化合物“冷”分解方法，發(fā)現(xiàn)了形成納米結(jié)構(gòu)碳組合物（含有納米結(jié)構(gòu)的碳化合物）的現(xiàn)象[1]。該方法的實質(zhì)就是在石墨層之間導入爆炸物分子，即在備好的石墨中加入幾滴專用溶液，導致石墨結(jié)構(gòu)中化合鍵和共價鍵發(fā)生斷裂，石墨開始發(fā)生變化，形成納米結(jié)構(gòu)碳組合物，石墨體積增長約500倍，而石墨的外部特性卻未發(fā)生改變。這種具有獨特性質(zhì)的納米結(jié)構(gòu)碳組合物被彼特里克先生稱為“具有快速反應能力的碳混合物”，該碳混合物的研制方法已經(jīng)在54個國家申請了專利。

1 碳混合物的特點[2]

碳混合物具有化學惰性，導電性、憎水性、抗腐蝕、生態(tài)潔凈等特點。碳含量不低于99.4%，散狀密度0.01～0.001g/cm2（取決于生產(chǎn)方法），工作溫度-60℃～3000℃。

研究表明，碳混合物具有極強的吸附特點，據(jù)稱，其吸附能力是美國市場上活性炭GAC（用椰子制作）吸附劑的100～300倍。

碳混合物在生產(chǎn)以及回收利用方面具有顯著特點。在必要情況下，其生產(chǎn)不需要專用設備，在船甲板上、鉆井平臺上、加油站、火箭發(fā)射井等地方均可生產(chǎn)。通過離心方法，被捕獲物質(zhì)（石油等）能從碳混合物中分離出來，捕獲物質(zhì)分離率可達98%,而碳混合物可多次重復使用。多次使用后，碳混合物可壓成磚狀，作為高熱量燃料使用，優(yōu)于煤的指標。

2 碳混合物的應用領域

碳混合物的應用領域包括：飲用水的凈化；廢水的凈化；泄露在陸地與水面的石油及石油產(chǎn)品的清除；定位并撲滅發(fā)生在陸地與水面的有毒易燃液體引起的火災；有毒廢料的處理、軍用毒氣的分解；醫(yī)用制品；清除煙霧中具有高致癌物質(zhì)的多芳香烴；吸收沙土以及堿土中的水分；輸熱管線和鍋爐設備的防腐和熱保護。

碳混合物作為吸附劑，不與被吸附的物質(zhì)發(fā)生化學反應，即被過濾的水中不會產(chǎn)生凈化前不存在的物質(zhì)。在水中可能存有少量的碳混合物（可被人體無害吸收）。碳混合物與被吸附的物質(zhì)連接緊密，但在一定的條件下卻可以很容易地分離出來，如，從含有石油的水中吸附的石油（1g碳混合物可吸附80g石油）可通過離心擠壓而分離，分離后，吸附能力降低30%～40%（有部分石油留在碳混合物中），但碳混合物還可繼續(xù)使用。2004年，美國加利福尼亞的Sierra Analytical Labs實驗室將碳混合物與美國市場上的顆粒活性炭的吸附性能進行了對比試驗[3]：

物質(zhì)名稱 1g碳混合物的吸附能力 5g活性炭的吸附能力乙晴 32.10 1.22苯31.63 1.36三氯甲烷 24.55 1.32原油（取決于黏度） 74.51 0.95二氯甲烷 32.76 1.02燃料柴油 36.65 1.11汽油 29.76 1.40己烷 27.54 1.31異丙醇 22.79 1.06煤油 40.16 1.12無機甲醇 29.21 0.94輕石油（燃燈用油） 24.14 1.01硝酸 51.33 1.04磷酸 60.28 1.16硫酸 36.54 1.09四氯乙烷 38.22 1.41甲苯 34.89 0.95松節(jié)油 26.68 0.89二甲苯 38.61 0.97

上述試驗數(shù)據(jù)表明，1g碳混合物的吸附能力平均是1g顆?；钚蕴康?00～300倍。

碳混合物，不僅可作吸附劑，而且可作過濾器。碳混合物就像膜一樣工作，但更有效，因為膜只用1層或幾層來過濾，而幾厘米厚的碳混合物全部容量都起過濾作用。膜過濾器由于很快堵塞，需要經(jīng)常性沖洗，而碳混合物不需要任何沖洗，膜過濾器的更換次數(shù)也比碳混合物頻繁得多。

3 碳混合物的研究與應用

3.1 碳混合物凈化飲用水[4]

碳混合物作為吸附劑和過濾器，在凈化水領域，優(yōu)于世界上現(xiàn)有的所有技術許多倍。

經(jīng)過一次性過濾處理，水的渾濁度相當于處理前的 1/25～1/60，懸浮物相當于原來的 1/10～1/30，可大量清除硫酸鹽、硫化物、氟化物、氯化物、亞硝酸鹽、鐵、鋅、銅、鋁、錳、鉛、鉬、氯等。世界上沒有一個過濾器可以凈化水中的腐殖質(zhì)，而碳混合物可將腐殖質(zhì)的水凈化成飲用水。溶于水的物質(zhì)，一般可通過碳混合物，凈化后的水仍存在有害雜質(zhì)。為了清除它們，需要在通過碳混合物之前進行處理，例如，為了降低水中鈣鹽、鎂鹽、二價鐵的含量，可利用離子交換樹脂過濾器，就像目前通常做法一樣。

用碳混合物可凈化水中的微生物：細菌和病毒。微生物一般不在水中漂浮，而是附著在微小的懸浮物上，碳混合物把微小懸浮物也過濾掉，所以，微生物停留在碳混合物的深層，也就凈化了水中的細菌和病毒。然而，停留在碳混合物深層中的微生物還會繁殖，而采取的措施就是把碳混合物鍍銀處理。鍍銀的碳混合物與其他吸附劑相比的優(yōu)點不僅在于其效率高，而且銀離子不會留到過濾后的水中，因為，銀和其他混合物都被過濾到碳混合物中。而經(jīng)過活性炭過濾，那些銀的微小粒子會進入過濾后的水中，對水質(zhì)產(chǎn)生負面影響。

2007年，維.伊.彼特里克先生利用碳混合物圣彼得堡創(chuàng)建了一個現(xiàn)代化的企業(yè)“金色方程式”股份公司，生產(chǎn)凈化生活和生產(chǎn)用水的各種過濾器（見圖示）。過濾器在市場上的品牌為“金色方程式”。同時，該項目被列入到俄羅斯納米技術計劃，得到俄羅斯政府的支持。“金色方程式”過濾器具有殺菌抑菌作用，清除水中的砷，但不降低水中的有益鹽類和礦物質(zhì)，使水富含碘和鉀。

飲用水凈化器Water purifier 碳混合物濾芯Carbon-mixturefilter

3.2 碳混合物的醫(yī)學研究[5]

圣彼得堡軍事醫(yī)學科學院等單位的研究表明，碳混合物貼敷在傷口、燒傷處、熱帶潰瘍表面均具有治療效果。

俄羅斯心臟病治療中心在凈化血漿過程中對碳混合物的吸附性能進行了試驗，確定了從血漿中吸附尿酸的有效性（指標下降50%以上），出現(xiàn)了肌酸酐（亞氮交換的代謝物）指標降低的趨勢。

圣彼得堡體育研究所的專項研究表明，經(jīng)過碳混合物凈化后的自來水，可提高人的工作能力，促進運動后身體能量有效的恢復，提升免疫力。經(jīng)常飲用碳混合物凈化的水，可減少患感冒和其他傳染病（免疫力提高的結(jié)果），血壓恢復正常，一些人的聽力和視力有了改善。

鮮花放在碳混合物凈化后的水中比其他水中保鮮時間長幾倍。水族館中的水通常7～14天更換一次（根據(jù)水量多少），為此，自來水需要在單獨的容器中存放幾天，而經(jīng)碳混合物凈化的水無需存放且水的更換次數(shù)可減少50%。

3.3 凈化工業(yè)廢水

過濾層厚度10厘米的碳混合物凈化廢水取得了以下結(jié)果[6]：

石油產(chǎn)品、醚溶解物質(zhì) 凈化1000倍懸浮粒子 凈化100倍磷酸鹽 凈化35倍銅凈化30倍硫化物 凈化6倍釩凈化5倍鉻凈化5倍氟化物 凈化5倍鐵凈化3倍亞硝酸鹽 凈化3倍銨凈化 2～3倍錳凈化2倍

專家指出，只有為數(shù)不多的綜合性工業(yè)過濾裝置（由3種或更多過濾器組成）才具有一次性凈化污水中的正、負離子和有機物的功能，而經(jīng)10～15厘米厚度碳混合物凈化后，生物需氧量指標也降低近50%。

3.4 定位并撲滅火災的試驗研究

俄羅斯內(nèi)外部消防研究所，對使用碳混合物定位并撲滅陸地和水面有毒易燃物質(zhì)的有效性進行試驗（見圖），得出結(jié)論：

①裝有碳混合物的箱體容器準備從水面收集燃燒的石油產(chǎn)品。②模擬水面上汽油發(fā)生事故燃燒③把箱體放入水中并將燃燒定位（經(jīng)過1min火被定位在箱體中）④為了撲滅火災將箱體沉入水中⑤火災被徹底撲滅

（1）在陸地減少了蒸發(fā)和燃燒的面積，極大減低了燃燒的強度，同時，收集和消除了有毒和易燃的物質(zhì)。

（2）在水中將燃燒的強度降低了一個級別，使其被定位在專用的箱體容器內(nèi)，然后可使用普通的滅火設備撲滅，也可用沉沒水中的方法撲滅。

專家特別指出，利用碳混合物，可吸收燃燒的石油產(chǎn)品和氣溶膠產(chǎn)品，極大地減少了向環(huán)境排放放射性危險或有毒的燃燒物質(zhì)。俄羅斯擬配備碳混合物，作為滅火設備。

3.5 清除在水面和陸地上泄露的石油產(chǎn)品

為了消除在水面和陸地泄露的石油，可采取將碳混合物從空中拋灑，從水面放入，從水底送入等幾種方式。由于碳混合物具有很高的吸附能力，所以，對于大量的污染物而言，其用量相對不大，而且碳混合物吸附了石油產(chǎn)品后處于干燥狀態(tài)，這樣，就便于從水中取出吸附石油后的碳混合物并運輸?shù)交厥盏攸c。

在莫斯科，碳混合物已在許多城市設施中得到了應用，包括城市供水系統(tǒng)，城市企業(yè)的污水凈化，石油加工企業(yè)等。在立陶宛、拉脫維亞和愛沙尼亞的波羅的海的港口，目前已經(jīng)放置了浮柵（見圖）。

①波羅的海水域用碳混合物制作的浮柵②、③莫斯科河上用碳混合物制作的浮柵

德國、瑞典、丹麥、芬蘭、波蘭等波羅的海沿岸國家的港口對碳混合物在凈化水面泄露石油的功效表現(xiàn)出了極大的興趣。

3.6 有毒氣體的分解和處理

2000年，俄羅斯國防部輻射和生化保護部隊對碳混合物進行了試驗，以保證銷毀化學武器的安全。專家的結(jié)論是：吸附能力超過了目前防毒面使用的最好的碳-催化劑的同類指標。

（1）芥子氣：超過20倍；

（2）沙林、索曼、路易氏毒氣：超過25倍；

（3）V-毒氣：超過45倍。

4 俄方的合作建議

“金色方程式”股份公司在東西伯利亞的正式經(jīng)銷公司“建設能源”股份公司，就利用碳混合物技術生產(chǎn)飲用水凈化過濾器提出與中方合作的建議：

（1）在中國和亞太地區(qū)組織銷售過濾器；

（2）在中國組織生產(chǎn)過濾器的外殼和配件，在俄羅斯組裝，然后，在俄羅斯、中國及其他國家聯(lián)合銷售成品。

經(jīng)銷公司“建設能源”股份公司稱，過濾器的類型有很多，可安裝在自來水公司的取水站，家庭的自來水龍頭，機關、學校、醫(yī)院、幼兒園、療養(yǎng)院等場所，特別是可以在受災地區(qū)使用，如地震、水災等地區(qū)，可將污染的水，包括石油污染的水進行凈化飲用。另外，可提供凈化生活污水的設備。

[1]E Tulekvaev.Life introduced me to one of the unique inventor of the modern-Victor Petrik-not by accident[J].Journal of Quality Management,2008,2(22)：58～60.

[2]Thecarbon mixtureof high reactivity(HRCM),Moscow[OL].1999 http：//www.gold-formula.com/index

[3]Thecomparativetestsof HRCMand GACin the U.S.in[OL].2010 http：//www.gold-formula.com/index

[4]Carbon Mixtureof High Reactivity-Technology of 21st Century[OL].http：//goldenformula.net

[5]Theconclusion of test[OL].http：//www.gold-formula.com/index

[6]The sorption characteristics of HRCM[OL].http：//www.gold-formula.com/index