利用石墨生产碳混合物的新技术

刘志忠

(黑龙江省科学院高技术研究院，黑龙江哈尔滨150090)

俄罗斯自然科学院院士维.伊.彼特里克先生在研制纳米管合成技术过程中，创立了石墨化合物“冷”分解方法，发现了形成纳米结构碳组合物（含有纳米结构的碳化合物）的现象[1]。该方法的实质就是在石墨层之间导入爆炸物分子，即在备好的石墨中加入几滴专用溶液，导致石墨结构中化合键和共价键发生断裂，石墨开始发生变化，形成纳米结构碳组合物，石墨体积增长约500倍，而石墨的外部特性却未发生改变。这种具有独特性质的纳米结构碳组合物被彼特里克先生称为“具有快速反应能力的碳混合物”，该碳混合物的研制方法已经在54个国家申请了专利。

1 碳混合物的特点[2]

碳混合物具有化学惰性，导电性、憎水性、抗腐蚀、生态洁净等特点。碳含量不低于99.4%，散状密度0.01～0.001g/cm2（取决于生产方法），工作温度-60℃～3000℃。

研究表明，碳混合物具有极强的吸附特点，据称，其吸附能力是美国市场上活性炭GAC（用椰子制作）吸附剂的100～300倍。

碳混合物在生产以及回收利用方面具有显著特点。在必要情况下，其生产不需要专用设备，在船甲板上、钻井平台上、加油站、火箭发射井等地方均可生产。通过离心方法，被捕获物质（石油等）能从碳混合物中分离出来，捕获物质分离率可达98%,而碳混合物可多次重复使用。多次使用后，碳混合物可压成砖状，作为高热量燃料使用，优于煤的指标。

2 碳混合物的应用领域

碳混合物的应用领域包括：饮用水的净化；废水的净化；泄露在陆地与水面的石油及石油产品的清除；定位并扑灭发生在陆地与水面的有毒易燃液体引起的火灾；有毒废料的处理、军用毒气的分解；医用制品；清除烟雾中具有高致癌物质的多芳香烃；吸收沙土以及碱土中的水分；输热管线和锅炉设备的防腐和热保护。

碳混合物作为吸附剂，不与被吸附的物质发生化学反应，即被过滤的水中不会产生净化前不存在的物质。在水中可能存有少量的碳混合物（可被人体无害吸收）。碳混合物与被吸附的物质连接紧密，但在一定的条件下却可以很容易地分离出来，如，从含有石油的水中吸附的石油（1g碳混合物可吸附80g石油）可通过离心挤压而分离，分离后，吸附能力降低30%～40%（有部分石油留在碳混合物中），但碳混合物还可继续使用。2004年，美国加利福尼亚的Sierra Analytical Labs实验室将碳混合物与美国市场上的颗粒活性炭的吸附性能进行了对比试验[3]：

物质名称 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（取决于黏度） 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异丙醇 22.79 1.06煤油 40.16 1.12无机甲醇 29.21 0.94轻石油（燃灯用油） 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松节油 26.68 0.89二甲苯 38.61 0.97

上述试验数据表明，1g碳混合物的吸附能力平均是1g颗粒活性炭的100～300倍。

碳混合物，不仅可作吸附剂，而且可作过滤器。碳混合物就像膜一样工作，但更有效，因为膜只用1层或几层来过滤，而几厘米厚的碳混合物全部容量都起过滤作用。膜过滤器由于很快堵塞，需要经常性冲洗，而碳混合物不需要任何冲洗，膜过滤器的更换次数也比碳混合物频繁得多。

3 碳混合物的研究与应用

3.1 碳混合物净化饮用水[4]

碳混合物作为吸附剂和过滤器，在净化水领域，优于世界上现有的所有技术许多倍。

经过一次性过滤处理，水的浑浊度相当于处理前的 1/25～1/60，悬浮物相当于原来的 1/10～1/30，可大量清除硫酸盐、硫化物、氟化物、氯化物、亚硝酸盐、铁、锌、铜、铝、锰、铅、钼、氯等。世界上没有一个过滤器可以净化水中的腐殖质，而碳混合物可将腐殖质的水净化成饮用水。溶于水的物质，一般可通过碳混合物，净化后的水仍存在有害杂质。为了清除它们，需要在通过碳混合物之前进行处理，例如，为了降低水中钙盐、镁盐、二价铁的含量，可利用离子交换树脂过滤器，就像目前通常做法一样。

用碳混合物可净化水中的微生物：细菌和病毒。微生物一般不在水中漂浮，而是附着在微小的悬浮物上，碳混合物把微小悬浮物也过滤掉，所以，微生物停留在碳混合物的深层，也就净化了水中的细菌和病毒。然而，停留在碳混合物深层中的微生物还会繁殖，而采取的措施就是把碳混合物镀银处理。镀银的碳混合物与其他吸附剂相比的优点不仅在于其效率高，而且银离子不会留到过滤后的水中，因为，银和其他混合物都被过滤到碳混合物中。而经过活性炭过滤，那些银的微小粒子会进入过滤后的水中，对水质产生负面影响。

2007年，维.伊.彼特里克先生利用碳混合物圣彼得堡创建了一个现代化的企业“金色方程式”股份公司，生产净化生活和生产用水的各种过滤器（见图示）。过滤器在市场上的品牌为“金色方程式”。同时，该项目被列入到俄罗斯纳米技术计划，得到俄罗斯政府的支持。“金色方程式”过滤器具有杀菌抑菌作用，清除水中的砷，但不降低水中的有益盐类和矿物质，使水富含碘和钾。

饮用水净化器Water purifier 碳混合物滤芯Carbon-mixturefilter

3.2 碳混合物的医学研究[5]

圣彼得堡军事医学科学院等单位的研究表明，碳混合物贴敷在伤口、烧伤处、热带溃疡表面均具有治疗效果。

俄罗斯心脏病治疗中心在净化血浆过程中对碳混合物的吸附性能进行了试验，确定了从血浆中吸附尿酸的有效性（指标下降50%以上），出现了肌酸酐（亚氮交换的代谢物）指标降低的趋势。

圣彼得堡体育研究所的专项研究表明，经过碳混合物净化后的自来水，可提高人的工作能力，促进运动后身体能量有效的恢复，提升免疫力。经常饮用碳混合物净化的水，可减少患感冒和其他传染病（免疫力提高的结果），血压恢复正常，一些人的听力和视力有了改善。

鲜花放在碳混合物净化后的水中比其他水中保鲜时间长几倍。水族馆中的水通常7～14天更换一次（根据水量多少），为此，自来水需要在单独的容器中存放几天，而经碳混合物净化的水无需存放且水的更换次数可减少50%。

3.3 净化工业废水

过滤层厚度10厘米的碳混合物净化废水取得了以下结果[6]：

石油产品、醚溶解物质 净化1000倍悬浮粒子 净化100倍磷酸盐 净化35倍铜净化30倍硫化物 净化6倍钒净化5倍铬净化5倍氟化物 净化5倍铁净化3倍亚硝酸盐 净化3倍铵净化 2～3倍锰净化2倍

专家指出，只有为数不多的综合性工业过滤装置（由3种或更多过滤器组成）才具有一次性净化污水中的正、负离子和有机物的功能，而经10～15厘米厚度碳混合物净化后，生物需氧量指标也降低近50%。

3.4 定位并扑灭火灾的试验研究

俄罗斯内外部消防研究所，对使用碳混合物定位并扑灭陆地和水面有毒易燃物质的有效性进行试验（见图），得出结论：

①装有碳混合物的箱体容器准备从水面收集燃烧的石油产品。②模拟水面上汽油发生事故燃烧③把箱体放入水中并将燃烧定位（经过1min火被定位在箱体中）④为了扑灭火灾将箱体沉入水中⑤火灾被彻底扑灭

（1）在陆地减少了蒸发和燃烧的面积，极大减低了燃烧的强度，同时，收集和消除了有毒和易燃的物质。

（2）在水中将燃烧的强度降低了一个级别，使其被定位在专用的箱体容器内，然后可使用普通的灭火设备扑灭，也可用沉没水中的方法扑灭。

专家特别指出，利用碳混合物，可吸收燃烧的石油产品和气溶胶产品，极大地减少了向环境排放放射性危险或有毒的燃烧物质。俄罗斯拟配备碳混合物，作为灭火设备。

3.5 清除在水面和陆地上泄露的石油产品

为了消除在水面和陆地泄露的石油，可采取将碳混合物从空中抛洒，从水面放入，从水底送入等几种方式。由于碳混合物具有很高的吸附能力，所以，对于大量的污染物而言，其用量相对不大，而且碳混合物吸附了石油产品后处于干燥状态，这样，就便于从水中取出吸附石油后的碳混合物并运输到回收地点。

在莫斯科，碳混合物已在许多城市设施中得到了应用，包括城市供水系统，城市企业的污水净化，石油加工企业等。在立陶宛、拉脱维亚和爱沙尼亚的波罗的海的港口，目前已经放置了浮栅（见图）。

①波罗的海水域用碳混合物制作的浮栅②、③莫斯科河上用碳混合物制作的浮栅

德国、瑞典、丹麦、芬兰、波兰等波罗的海沿岸国家的港口对碳混合物在净化水面泄露石油的功效表现出了极大的兴趣。

3.6 有毒气体的分解和处理

2000年，俄罗斯国防部辐射和生化保护部队对碳混合物进行了试验，以保证销毁化学武器的安全。专家的结论是：吸附能力超过了目前防毒面使用的最好的碳-催化剂的同类指标。

（1）芥子气：超过20倍；

（2）沙林、索曼、路易氏毒气：超过25倍；

（3）V-毒气：超过45倍。

4 俄方的合作建议

“金色方程式”股份公司在东西伯利亚的正式经销公司“建设能源”股份公司，就利用碳混合物技术生产饮用水净化过滤器提出与中方合作的建议：

（1）在中国和亚太地区组织销售过滤器；

（2）在中国组织生产过滤器的外壳和配件，在俄罗斯组装，然后，在俄罗斯、中国及其他国家联合销售成品。

经销公司“建设能源”股份公司称，过滤器的类型有很多，可安装在自来水公司的取水站，家庭的自来水龙头，机关、学校、医院、幼儿园、疗养院等场所，特别是可以在受灾地区使用，如地震、水灾等地区，可将污染的水，包括石油污染的水进行净化饮用。另外，可提供净化生活污水的设备。

[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