多孔纳米复合材料
阅读：773发布：2020-05-11
专利汇可以提供多孔纳米复合材料专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种制品，包括包含多个 支撑 体的多孔 支架 结构。该制品还包括设置在支撑体中的至少一个上的多个金属或非金属 纳米材料 。多个金属或非金属纳米材料的每一个均直接结合至支撑体的至少一个。，下面是多孔纳米复合材料专利的具体信息内容。
1.一种制品，包括：
包含多个支撑体的多孔支架结构；和
设置在所述支撑体中的至少一个上的多个金属或非金属纳米材料，
其中所述多个金属或非金属纳米材料中的每一个均直接结合至所述支撑体中的至少一个。
2.根据权利要求1所述的制品，其中多个所述纳米材料中的每一个具有在约5nm与约
500nm之间的直径。
3.根据权利要求1所述的制品，其中所述多孔支架结构是海绵，其中所述海绵包括多个纤维，并且其中多个所述纳米材料的至少一部分设置在所述纤维中至少一个的表面上，并且多个所述纳米材料的至少一部分设置在所述纤维中至少一个的内部。
4.根据权利要求3所述的制品，其中所述多个纤维包括选自聚氨酯、聚酰胺、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯或它们的混合物的一种或多种聚合物。
5.根据权利要求1所述的制品，其中所述多孔支架结构是多孔陶瓷。
6.根据权利要求1所述的制品，其中多个所述纳米材料包含占所述金属或非金属纳米材料的约1wt.％至约100wt.％之间的一种或多种金属、非金属或金属氧化物。
7.根据权利要求6所述的制品，其中所述金属或非金属中的至少一种选自硒、铜、铝、锌、铁、镍、钙、镁、钛、银、锰、它们的混合物或它们的合金。
8.根据权利要求5所述的制品，其中金属氧化物中的至少一种选自铁氧化物、氧化铜、氧化铝、氧化锌、氧化镍、氧化锰、氧化镁或它们的混合物。
9.根据权利要求1所述的制品，其中所述多孔支架结构包括纺织品并且所述多个金属或非金属纳米材料包含银或铜中的至少一种。
10.一种制备多孔纳米复合材料的方法，所述方法包括：
将多孔支架结构至少部分地浸泡在溶液中，所述溶液包含：
一种或多种非金属、金属、金属盐、金属酸或它们的混合物；
加热所述多孔支架结构以将所述一种或多种非金属、金属、金属盐、金属酸或它们的混合物还原；以及
由所述一种或多种非金属、金属、金属盐、金属酸或它们的混合物在所述多孔支架结构的多个支撑体中的至少一个支撑体上形成多个金属纳米材料，从而形成所述多孔纳米复合材料；
其中多个金属或非金属纳米材料中的每一个均直接结合至所述支撑体中的至少一个。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述一种或多种金属、非金属、金属盐、金属酸或它们的混合物包含七水硫酸亚铁、氯化铜(II)、亚硒酸、硫酸铝铵、硫酸镍(II)、六水硝酸锌、硫酸钛水合物、硝酸银或它们的组合中的至少一种。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述一种或多种金属、非金属、金属盐、金属酸或它们的混合物的浓度在约0.001M与约5M之间。
13.根据权利要求10所述的方法，其中所述多孔支架结构至少部分地浸泡在pH为约2与约9之间的所述溶液中。
14.根据权利要求10所述的方法，其中所述金属纳米材料形成在所述多孔支架结构的外表面和内表面中的至少一个上。
15.根据权利要求10所述的方法，其中在约100℃至约500℃范围内的温度下加热多孔制品。
16.根据权利要求10所述的方法，其中所述多孔支架结构包含纺织品，一种或多种金属包含硝酸银，并且所述多个金属或非金属纳米材料包含银纳米材料。
17.一种用于制造多孔纳米复合材料的系统，包括：
金属或非金属离子施加系统，配置为将多孔支架结构至少部分地浸泡在溶液中，所述溶液包含：
一种或多种非金属、金属、金属盐、金属酸或它们的混合物；以及
加热装置，配置为加热所述多孔支架结构以还原所述一种或多种非金属、金属、金属盐、金属酸或它们的混合物，从而由所述一种或多种非金属、金属、金属盐、金属酸或它们的混合物在所述多孔支架结构的多个支撑体中的至少一个支撑体上形成多个金属纳米材料，从而形成所述多孔纳米复合材料。
18.根据权利要求17所述的系统，其中所述金属或非金属离子施加系统包括离子浴并且所述多孔支架结构是柔性多孔支架结构。
19.根据权利要求18所述的系统，其中所述金属或非金属离子施加系统包括离子施加器，且所述多孔支架结构是刚性多孔支架结构。
20.一种处理流体流的方法，所述方法包括：
使用所述流体流浸泡多孔纳米复合材料，其中所述多孔纳米复合材料包含：
包含多个支撑体的多孔支架结构；和
设置在所述支撑体中的至少一个上的多个金属或非金属纳米材料，
其中多个纳米材料中的每一个均直接结合至所述支撑体中的至少一个。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述流体流包含汞并且所述多个金属或非金属纳米材料包含硒。
22.根据权利要求20所述的方法，其中所述流体流包含锶，并且所述多个金属或非金属纳米材料包含铜或氧化铜。
23.根据权利要求20所述的方法，其中所述流体流包含磷酸根，并且所述多个金属或非金属纳米材料包含铁或铁氧化物。
24.根据权利要求20所述的方法，其中所述流体流包含反应物，并且所述多个金属或非金属纳米材料包括锌、钛或锰中的至少一种。
25.根据权利要求20所述的方法，其中所述流体流包含盐水，并且所述多个金属或非金属纳米材料包含锰或铝中的至少一种。
26.根据权利要求20所述的方法，其中所述流体流包含颗粒，并且所述多个金属或非金属纳米材料包含银和铜中的至少一种。
27.根据权利要求20所述的方法，还包含将所述多孔纳米复合材料浸泡在具有大于约
12的pH的溶液中。
28.一种用于处理流体介质的系统，所述系统包含：
至少部分地设置在所述流体介质内的制品，所述制品包含：
包含多个支撑体的多孔支架结构；和
设置在所述支撑体中的至少一个上的多个金属或非金属纳米材料，
其中所述多个金属或非金属纳米材料中的每一个均直接结合至所述支撑体中的至少一个。
29.根据权利要求28所述的系统，其中所述流体流包含污染物，所述污染物选自汞、铅、砷、镉、铬、硝酸盐、磷酸根、全氟辛酸(PFOA)、全氟辛烷磺酸、二噁英、多氯联苯、多环芳香烃、内分泌干扰物、甲醛、硫氧化物、一氧化二氮或它们的混合物。
30.根据权利要求28所述的系统，其中所述流体流包含微生物并且所述多个金属或非金属纳米材料包含银或铜纳米材料中的至少一种。
31.根据权利要求28所述的系统，其中所述流体流包含反应物，并且所述多个金属或非金属纳米材料包含锰、锌或钛中的至少一种。
32.根据权利要求28所述的系统，其中所述流体流包含盐水，并且所述多个金属或非金属纳米材料包含锰或铝中的至少一种。
多孔纳米复合材料
[0001] 相关申请
[0002] 本申请要求2017年3月24日提交的名称为“用于多种污染物捕获的多孔纳米复合材料吸附剂(POROUS NANOCOMPOSITES SORBENTS FOR MULTIPOLLUTANT CAPTURE)”的美国临时专利申请第62/476,166号的权益，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
[0003] 本申请总体上涉及多孔纳米复合材料及制造和使用其的方法。
背景技术
[0005] 本公开的制品包括多孔支架结构，该多孔支架结构包括多个支撑体。该制品还包括设置在支撑体中的至少一个上的多个金属或非金属纳米材料。多个金属或非金属纳米材料中的每一个均直接结合到支撑体中的至少一个上。
[0006] 本公开进一步包括一种用于从流体介质去除污染物的系统。该系统包括至少部分地设置在流体介质内的制品。该制品包括多孔支架结构，该多孔支架结构包括多个支撑体。制品还包括设置在支撑体中的至少一个上的多个金属或非金属纳米材料。多个金属或非金属纳米材料中的每一个均直接结合到支撑体中的至少一个上。
[0007] 本公开还包括一种制造多孔纳米复合材料的方法。该方法包括将多孔制品至少部分地浸泡在流体介质中。流体介质包括一种或多种非金属、金属、金属盐、金属酸或它们的混合物。该方法还包括加热多孔制品以还原一种或多种非金属、金属、金属盐、金属酸或它们的混合物。该方法还包括由一种或多种非金属、金属、金属盐、金属酸或它们的混合物在多孔制品上形成多个金属或非金属纳米材料。
[0008] 使用所公开的制品、系统和方法有多个优点，其中一些是意料不到的。例如，根据本公开的各个实施方式，诸如海绵等多孔制品可用于吸收流体并在其上形成金属或非金属纳米材料。根据各个实施方式，流体中的金属离子能够扩散到海绵材料中，其中它们被海绵的基质支撑并稳定。加热后，在海绵的纤维表面和纤维内均会形成小颗粒。如果没有支撑结构，颗粒将形成不具有如小颗粒所需的特性的团聚体，即与污染物种类的反应性较低。本文的所得多孔纳米复合材料制品可用于多种应用，包括污染物去除、化学合成和催化、防污等。
附图说明
[0010] 附图通过实例而非限制性的方式总体上示出了本文中讨论的各个实施方式。
[0011] 图1是根据各个实施方式的海绵的截面图。
[0012] 图2是示出根据各个实施方式的制造多孔纳米复合材料的方法的流程图。
[0013] 图3A是示出用于由柔性多孔支架结构32生产柔性金属和/或非金属纳米复合材料制品40的系统30的示例图。
[0014] 图3B是示出用于由刚性多孔支架结构52生产刚性金属和非金属纳米复合材料制品60的系统50的示例图。
[0015] 图4A是根据各个实施方式的纳米材料在聚氨酯支撑体上的还原和颗粒生长的示意性描述图。
[0016] 图4B是根据各个实施方式的聚氨酯海绵的照片和显微照片。
[0019] 图6A是示出根据各个实施方式的磷捕获(％)随时间(s)变化的图。
[0020] 图6B是示出根据各个实施方式的磷捕获(％)随浓度(mg·L-1)变化的图。
[0021] 图6C是示出根据各个实施方式的磷捕获(％)随pH变化的图。
[0022] 图6D是示出根据各个实施方式的未经处理的和经处理的湖水样品的各种污染物浓度(mg·L-1)的图。
[0023] 图6E是示出根据各个实施方式的未经处理的和经处理的废水样品的各种污染物浓度(mg·L-1)的图。
[0024] 图7A是示出根据各个实施方式的砷捕获(％)随时间(s)变化的图。
[0025] 图7B是示出根据各个实施方式的砷捕获(％)承受pH变化的图。
[0026] 图8A是根据各个实施方式的设置在聚氨酯海绵支撑体上的铁纳米颗粒材料上的蓝藻生长的照片。
[0028] 图8C是根据各个实施方式的在80％聚酯和20％棉的服装材料的线上合成的银颗粒的照片。
[0029] 图9A是根据各个实施方式的多孔陶瓷支撑体的照片。
[0030] 图9B是根据各个实施方式的铁纳米材料多孔陶瓷支撑体的照片。
[0031] 图10A是示出根据各个实施方式的用于由七水硫酸亚铁制造多孔铁纳米复合材料制品的示例性方法的流程图。
[0032] 图10B是示出根据各个实施方式的用于由氯化铜(II)制造多孔铜纳米复合材料制品的示例性方法的流程图。
[0033] 图10C是示出根据各个实施方式的用于由亚硒酸制造多孔硒纳米复合材料制品的示例性方法的流程图。
[0035] 图10E是示出根据各个实施方式的用于由硫酸镍(II)制造多孔镍纳米复合材料制品的示例性方法的流程图。
[0036] 图10F是示出根据各个实施方式的用于由六水硝酸锌制造多孔锌纳米复合材料制品的示例性方法的流程图。
[0037] 图10G是示出根据各个实施方式的用于由硫酸钛水合物制造多孔钛纳米复合材料制品的示例性方法的流程图。
[0038] 图11是示出根据各个实施方式的用于由硝酸银制造银纳米复合材料纺织品的示例性方法的流程图。
具体实施方式
[0039] 现在将详细参考所公开主题的某些实施方式，其示例部分地示出在附图中。尽管将结合所列举的权利要求描述所公开的主题，但应当理解的是，所例示的主题并非旨在将权利要求限制于所公开的主题。
[0040] 根据本公开的各种实例，多孔纳米复合材料制品可包括多孔支架结构，多孔支架结构中包括多个支撑体。多个金属或非金属纳米材料设置在支撑体中的至少一个上。
[0041] 多孔支架结构可以由许多合适的材料或材料的组合形成。作为合适材料的非限制性示例，多孔支架结构可以由有机材料或无机材料形成。有机材料或无机材料可以包括树脂、金属、玻璃、陶瓷、硅、活性炭、纺织品或其组合。例如，纺织品可以包括作为支撑体的多个丝束，海绵可以包括作为支撑体的多个纤维，并且陶瓷可以包括作为支撑体的孔之间的多个纤维或材料。
[0042] 在一些实例中，多孔支架结构可以由粒状多孔材料形成。例如，代表多孔支架结构的支撑体的多孔材料的颗粒可以被保持在一起以形成多孔支架结构。可以使用的多种粒状多孔材料包括但不限于活性炭、聚合物珠、硅砂、氧化锆、氧化铝、无烟煤等。
[0043] 尽管多孔支架结构可以采用许多合适的结构，但非限制性实例是海绵。海绵可以包括柔软的多孔的材料，这些材料的特征在于它们能够强烈吸收和保留流体。图1中示出了海绵的示例，它是海绵10的截面图。如图1所示，海绵10包括纤维12。纤维12部分地在海绵中形成孔14。如图所示，孔14的尺寸(例如直径)为约100纳米。在其它实例中，海绵10或任何其它结构中的孔14的尺寸可以为约50纳米至约500纳米，约150纳米至约450纳米，约200纳米至约400纳米，或约250纳米至约350纳米的范围内。各孔14可以具有相同尺寸或不同尺寸。孔14可以部分或完全延伸穿过海绵10。
[0044] 如图1所示，海绵10的孔14相对于海绵10的体积具有相对大的表面积。孔14的相对大的表面积将设置在孔14表面上的金属或非金属纳米材料的相应大表面积暴露于浸润海绵10的流体介质。例如，与不包括孔14的基底相比，海绵10可以具有相对较高的表面积与体积之比。另外得或可替换地，孔14可以允许流体介质更大程度地转移到海绵10中，使得纤维12的表面上或纤维12的本体基质中的金属或非金属纳米材料可以具有更高的流体介质渗入海绵10中的速率。在一些实例中，孔14可以大于100nm。
[0045] 在海绵10中，每个支架或支撑体均由纤维12形成。纤维12可以由与海绵10相同的材料形成。在一些实例中，海绵10完全由纤维12形成。纤维12可以包括许多合适的材料。在一些实例中，纤维12包括一种或多种聚合物。合适的聚合物的实例包括聚氨酯、纤维素、聚酰胺、聚苯乙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、它们的聚丙烯共聚物、或它们的混合物。
[0046] 如图1所示，海绵10还包括设置在纤维12上的金属或非金属纳米材料16。金属或非金属纳米材料16可以设置在位于海绵10的外部和内部的纤维12上。金属或非金属纳米材料16具有在纳米范围内的尺寸(例如直径)。例如，但不限于此，纳米材料的直径可以在约10纳米至约500纳米，约20纳米至约200纳米，约30纳米至约100纳米，或约40纳米至约50纳米的范围内。金属或非金属纳米材料16中的每一个可以具有相同尺寸或不同尺寸。
[0047] 尽管已经针对海绵10描述了图1，但是在一些实例中，多孔支架结构可以是刚性多孔结构，例如多孔陶瓷。例如，虽然海绵10可以通过体积变化(即压缩)吸收流体介质，但是多孔陶瓷可以在接收流体介质流动的同时保持基本刚性，而体积没有变化。这样的多孔陶瓷可用于例如涉及高流量流体介质的固定床纯化系统。
[0048] 金属或非金属纳米材料可以具有各种形状，例如纳米球、纳米膜、纳米棒、纳米线、纳米星、纳米凸圆(nanodome)等。在一些实例中，多个金属或非金属纳米材料的表面的至少一部分适形到多孔支架结构的支撑体的表面。例如，如下文的解释，金属或非金属纳米材料可以形成在多孔支架结构的支撑体上，使得金属或非金属纳米材料的至少一部分的生长可以沿着多孔支架结构的内表面或外表面进行，这可以产生具有适形到支撑体表面上的表面的金属或非金属纳米颗粒。
[0049] 在一些实例中，多个金属或非金属纳米材料中的每一个可以设置在多孔支架结构的多个支撑体中的至少一个支撑体上或中。例如，如将在下面进一步解释的，多个金属或非金属纳米材料可以由溶液中的金属离子形成。在形成金属或非金属纳米材料之前，这些金属离子可以扩散到多孔支架结构的支撑体中和周围。由于组成金属离子在整个多孔支架结构中的这种高度分散，所产生的金属或非金属纳米材料可以(1)设置在多孔支架结构的外表面上的支撑体上(即设置在多孔支架结构的本体基质的表面上的支撑体的表面上)，(2)设置在多孔结构的内表面上的支撑体上(即多孔支架结构的本体基质内的支撑体表面)，和/或(3)设置在多孔支架结构内的支撑体上(即在支撑体的基质内)。
[0050] 由于这种高分散性，与不由分散的金属离子溶液形成金属或非金属纳米材料的金属或非金属纳米复合材料相比，本文描述的给定体积的多孔纳米复合材料制品可以具有更多数量的金属或非金属纳米材料、更大浓度的金属或非金属纳米材料、更均匀分布的金属或非金属纳米材料、和/或金属或非金属纳米材料对支撑体的更大粘附性。例如，金属离子不限于多个支撑体的表面，允许在给定的体积中形成更大数量的纳米材料并且导致更高的污染物去除速率(参见例如图5A-图5C)。作为另一个实例，可以截留设置在多孔支架结构的支撑体内表面上或支撑体内的纳米材料，这可以增加粘附性并且减少多孔纳米复合材料制品中纳米材料的浸出。
[0051] 多个支撑体可以包括支撑多个金属或非金属纳米材料的多孔支架结构中的任何结构。在一些实例中，多孔支架结构的多个支撑体可以包括结合位点和/或成核位点，诸如在多孔支架结构的本体材料的表面上或本体材料内，其促进多个金属或非金属纳米材料结合、成核和/或粘附到多孔支架结构的多个支撑体的表面上。例如，如稍后，多个支撑体可以包括在热还原金属或非金属纳米材料和形成金属或非金属纳米材料之前结合到金属或非金属纳米材料的组成金属离子的各种官能团。
[0052] 通过提供结合位点和/或成核位点，多孔支架结构的多个支撑体可以促进直接结合和/或适形到多孔支架结构的支撑体的表面上的金属或非金属纳米材料生长。这种更大的结合和/或适形性可以减少金属或非金属纳米材料从多孔支架结构中浸出。在一些实例中，由具有官能团的化合物(例如具有氢氧化物官能团的单体)形成金属或非金属纳米材料，而在其它实例中，诸如通过前处理，将多孔支架结构的表面官能化。在一些实例中，多孔支架结构的一种或多种材料对组成金属或非金属纳米材料的组成金属或准金属离子具有亲合力。
[0053] 金属或非金属纳米材料可以直接结合到多孔支架结构的支撑体上。金属或非金属纳米材料可以各种方式直接结合到多个支撑体的内部或外部，方式包括但不限于：分子内键合，如金属或非金属键合、离子键合和共价键合；分子间键合，例如偶极-偶极键合、范德瓦尔斯键合、氢键合等等。
[0054] 与通过涂层或其它粘合剂结合到基材上的金属或非金属纳米材料相比，通过将金属或非金属纳米材料直接结合到多个支撑体，金属或非金属纳米材料可以具有更大的可及表面和/或更高的吸附率。例如，不是由溶液中的金属离子形成的金属或非金属纳米材料可以利用聚合物壳或涂层以便稳定或粘附，这可以减少污染物向涂覆金属或非金属纳米材料的结合位点的转移和随后的吸附。无论键合的类型如何，金属或非金属纳米材料16都可以与支撑体表面的分子具有高界面，使得与未形成在纤维表面上的相同或类似金属或非金属纳米材料相比，金属或非金属纳米材料可以对支撑体表面具有更强的粘附性。例如，本文讨论的多孔纳米复合材料制品可以具有大于95％的纳米材料保留率。
[0055] 每个金属或非金属纳米材料16包括一种或多种非金属、金属或金属氧化物。在每个金属或非金属纳米材料16中，一种或多种金属或非金属占金属或非金属纳米材料16的约1wt％至约100wt％、约10wt％至约95wt％、约15wt％至约90wt％、约20wt％至约85wt％、约
25wt％至约80wt％、约30wt％至约75wt％、约35wt％至约70wt％、约40wt％至约65wt％、约
45wt％至约60wt、或约50wt％至约55wt％。尽管纳米材料的金属或非金属可以是任何合适的金属，但材料的非限制性实例包括准金属，例如硅和硼；过渡金属，例如铜、锌、铁、镍、锰、银和钛；过渡后金属(post-transition metal)，例如铝；碱土金属，例如钙和镁；某些非金属，例如碳和硒；和碱金属，如铷。这些金属中的任何一种可以是单质形式或合金。此外，金属或非金属纳米材料16可包括单质金属或其合金的混合物。可以包括在金属纳米材料16中的金属氧化物的非限制性实例包括铁氧化物、氧化铜、氧化铝、氧化锌、氧化镍或它们的混合物。
25wt％至约80wt％、约30wt％至约75wt％、约35wt％至约70wt％、约40wt％至约65wt％、约
45wt％至约60wt、或约50wt％至约55wt％。尽管纳米材料的金属或非金属可以是任何合适的金属，但材料的非限制性实例包括准金属，例如硅和硼；过渡金属，例如铜、锌、铁、镍、锰、银和钛；过渡后金属(post-transition metal)，例如铝；碱土金属，例如钙和镁；某些非金属，例如碳和硒；和碱金属，如铷。这些金属中的任何一种可以是单质形式或合金。此外，金属或非金属纳米材料16可包括单质金属或其合金的混合物。可以包括在金属纳米材料16中的金属氧化物的非限制性实例包括铁氧化物、氧化铜、氧化铝、氧化锌、氧化镍或它们的混合物。
[0056] 本文描述的多孔纳米复合材料制品可以包括在用于从流体介质中基本上去除污染物的系统中。可以被去除的污染物的非限制性实例包括从如汞、铅、砷、镉、铬等重金属，如硝酸盐、磷酸根等营养物质中选择的污染物。污染物也可以是有机污染物，例如全氟辛酸(PFOA)、全氟辛烷磺酸、二噁英、多氯联苯、多环芳香烃、内分泌干扰物。污染物也可以是气态分子，例如甲醛、硫氧化物、一氧化二氮或它们的混合物。流体介质可以选自如水等液体，如大气或烟道气等气体，或它们的组合(例如结构的一部分浸泡在液体中，同时结构的一部分暴露于空气中)。
[0057] 在操作中，液体通过多孔支架结构的孔被吸收。随着流体被吸收，污染物可与金属或非金属纳米材料相互作用。作为非限制性实例，这种相互作用可以导致污染物发生化学变化(例如污染物可以改变为氧化态或变为危害较小的类似物)或者污染物可以与金属或非金属纳米材料反应并被保留在纳米材料上。在任一这些非限制性实例中，结果是有效地从流体中去除了污染物。流体中所有污染物被完全去除的程度可以为约50wt％至约100wt％、约55wt％至约100wt％、约60wt％至约100wt％、约65wt％至约100wt％、约70wt％至约100wt％、约75wt％至约100wt％、约80wt％至约100wt％、约85wt％至约100wt％、约
90wt％至约100wt％、或约95wt％至约100wt％。
90wt％至约100wt％、或约95wt％至约100wt％。
[0059] 在一些实例中，金属或非金属纳米材料的金属或金属氧化物可以经选择以与特定的污染物相互作用。作为非限制性的实例，包括硒的金属或非金属纳米材料可以与诸如汞或铅等污染物相互作用。作为进一步的非限制性实例，包括铜的金属或非金属纳米材料可以与诸如砷等污染物相互作用。作为进一步的非限制性实例，包括铁的金属或非金属纳米材料可以与诸如砷或磷酸根等污染物相互作用。
[0060] 如前文的描述，可以选择金属或非金属纳米材料，以使金属或非金属纳米材料的金属或金属氧化物对特定污染物具有亲和力。金属或非金属纳米材料可以表现出例如大于100毫克污染物每克金属纳米材料的特定污染物的最大负载或去除容量。最大负载或去除容量可以由下等式1表示：
[0061]
[0062] 在以上等式1中，Qe表示平衡时每克金属纳米材料吸附的污染物量(mg)(mg/g)，Ci表示溶液中污染物的初始浓度(mg/L)，Cf表示溶液中污染物的最终浓度(mg/L)，m是金属纳米材料的质量(g)，且V是溶液的体积(L)。
[0063] 在一些实例中，本文讨论的多孔纳米复合材料制品也可用于催化或化学合成。例如，多孔纳米复合材料制品的金属或非金属纳米材料可以包括锌、钛、锰、或者能够促进化学反应的其它金属或非金属。多孔纳米复合材料制品可以是反应器(诸如填充床反应器)的一部分，并且含有反应物的流体流(如液体流或气体流)可以穿过反应器。与不从溶液在多孔支架结构上形成金属或非金属纳米材料的多孔金属或非金属催化剂相比，多孔纳米复合材料制品的高分散性、表面积和吸附能力可以导致更高的反应速率。
[0064] 在一些实例中，本文讨论的多孔纳米复合材料制品也可以用于水淡化。例如，多孔纳米复合材料制品的金属和/或非金属纳米材料可以包括锰、铝、或能够从盐水流中去除盐分的其它金属或非金属。多孔纳米复合材料制品可以是水脱盐设备的一部分，并且盐水流可以穿过多孔纳米复合材料制品。与不从溶液在多孔支架结构上形成金属或非金属纳米材料的多孔金属或非金属脱盐材料相比，多孔纳米复合材料制品的高分散性、表面积和吸附能力可导致更高的除盐率。
[0065] 在一些实例中，本文讨论的多孔纳米复合材料制品也可用于防污或抗菌材料或表面，例如在过滤或衣服中。例如，多孔纳米复合材料制品的金属和/或非金属纳米材料可以包括银、铜或其它抗菌材料。在一些实例中，多孔纳米复合材料制品可以是过滤系统的一部分，并且包括微生物或颗粒的流体流可以穿过多孔纳米复合材料制品。与不从溶液在多孔支架结构上形成金属或非金属纳米材料的多孔金属或非金属抗菌或防污材料相比，多孔纳米复合材料制品的高分散性、表面积和吸附能力可以导致更高的微生物裂解和/或抑制。在一些实例中，多孔纳米复合材料制品可以是纺织品，例如一件衣服。纺织品的表面可以包括高分散性和表面积的金属或非金属纳米材料，与不从溶液在多孔支架结构上形成金属或非金属纳米材料的多孔金属或非金属抗菌材料相比，这可产生更高的抗菌活性。
[0066] 图2是示出用于制造多孔纳米复合材料的方法20的流程图。方法20包括将多孔制品(例如海绵10)至少部分地浸泡在溶液(22)中。溶液包括最终形成金属或非金属纳米材料的金属或非金属。尽管不限于此，但是溶液可以包括一种或多种非金属、金属、金属盐、金属酸或它们的混合物。当将制品浸泡在溶液中时，在制品的本体基质内(例如，在海绵纤维12之间或之内)发生一种或多种非金属、金属、金属盐、金属酸或它们的混合物的吸附。可以将制品在流体中浸泡任何合适的时间。作为非限制性的实例，可以将制品在流体中浸泡约1分钟至约24小时，约30分钟至约20小时，约1小时至约15小时，约5小时至约12小时，或约10小时至约11小时。溶液的随时吸附可以协助实现金属在整个制品中的基本均匀分布，使得最终在多孔制品的内外表面中的至少一个上形成金属纳米材料。
[0067] 可以使用各种非金属、金属、金属盐和/或金属酸，包括但不限于七水硫酸亚铁、氯化铜(II)、亚硒酸、硫酸铝铵、硫酸镍(II)、六水硝酸锌、硫酸钛水合物或它们的组合。在一些实例中，一种或多种非金属、金属、金属盐、金属酸或它们的组合的浓度可以在约0.001M与约5M之间。例如，如果金属、金属盐和/或金属酸的浓度太高或太低，例如大于约5M或小于约0.001，则所得的金属或非金属纳米材料的表面积与约0.001至约5M浓度时相比可能更低，因为金属或非金属纳米材料可能太紧密或太分散。在一些实例中，溶液的pH在约2与约9之间。例如，pH值低于2或高于9可能会降低非金属、金属、金属盐和/或金属酸的溶解度。
[0068] 方法20包括加热多孔制品(24)。可以在多孔制品浸泡在溶液中时或在从溶液中取出后进行加热。加热多孔制品以还原一种或多种非金属、金属、金属盐、金属酸或它们的混合物，并且最终形成金属或非金属纳米材料。可以在任何合适的温度下加热多孔制品。作为非限制性的实例，适合的温度可以为约100℃至约500℃、约150℃至约450℃、约200℃至约400℃、或约250℃至约350℃。
[0069] 随着多孔制品的加热，通过还原来实现金属或非金属纳米材料的生长。还原是化学物种(chemical species)获得电子。在金属或非金属纳米材料的形成中，还原用于将离子性金属或金属氧化物物种还原为中性的金属或非金属形式，从而产生具有与溶解物种不同性质的固体结构。还种类型的还原是热还原。这不同于依赖于化学还原剂的其它还原技术不同。尽管不希望受到任何理论的束缚，但可以相信的是，加热导致水从多孔制品中蒸发，从而将金属离子压迫在一起，同时将这些离子还原为金属或非金属颗粒。在基本上除去水并将金属离子压在一起之后，形成金属或非金属纳米材料(26)。
[0070] 图3A是示出用于从柔性多孔支架结构32生产柔性金属和/或非金属纳米复合材料制品40的系统30的实例图。系统30包括金属或非金属离子施加系统，其包括离子浴34、加热元件38A和38B(统称为“加热元件38”)、和过程控制元件42A，42B和42C(统称为“过程控制元件42”)。
[0071] 在图3A的实例中，可以例如通过浸润将诸如海绵等柔性多孔支架结构32浸泡在离子浴34中，例如浸泡约10分钟至约60分钟。离子浴34包括处于溶液中的金属和/或非金属离子，诸如浓度在约0.001M与约5M之间，溶液的pH在诸如约2于约9之间。来自离子浴34的离子可以渗透到柔性多孔支架结构32的孔和支撑体中，以形成离子渗透的支架结构36。可以通过加热元件38将离子渗透的支架结构36加热到例如大于100℃，例如加热约1小时至约8或12小时。随着离子浸透的支架结构36被加热，金属和/或非金属离子经历热还原，从而在柔性多孔支架结构的支撑体的表面上和支撑体内形成多种金属和/或非金属纳米材料，由此形成柔性金属和/或非金属纳米复合材料制品40。过程控制元件42可包括用于将柔性多孔支架结构32、离子渗透的支架结构36、和/或柔性金属和/或非金属纳米复合材料制品40中的任何一个移动穿过系统30的任何设备，诸如传送带、滚等。
[0072] 图3B是示出用于从刚性多孔支架结构52生产刚性金属和非金属纳米复合材料制品60的系统50的实例图。系统50包括金属和/或非金属离子施加系统，其包括离子施加器54、加热元件58A和58B(统称为“加热元件58”)、和过程控制元件62A，62B和62C(统称为“过程控制元件62”)。
[0073] 在图3B的实例中，可以诸如通过喷雾，通过离子施加器54将刚性多孔支架结构52(诸如多孔陶瓷)浸泡诸如约10分钟至约60分钟。离子施加器54包括处于溶液中的金属和/或非金属离子，诸如浓度在约0.001M于约5M之间，诸如该溶液的pH在约2与约9之间。来自离子施加器54的离子可以渗透到刚性多孔支架结构52的孔和支撑体中，以形成离子渗透的支架结构56。可以通过加热元件58将离子渗透的支架结构56加热到诸如大于100℃，加热诸如约1小时至约8或12小时。随着离子渗透的支架结构56被加热，金属和/或非金属离子经历热还原，以在刚性多孔支架结构的支撑体的表面上和内部形成多种金属和/或非金属纳米材料，由此形成刚性金属和/或非金属纳米复合材料制品60。过程控制元件62可以包括用于将刚性多孔支架结构52、离子渗透支架结构56、和/或刚性金属和/或非金属纳米复合材料制品60中的任一个移动穿过系统50的任何设备，诸如传送带、滚等。
[0074] 实施例
[0075] 通过参考以举例说明的方式提供的以下实施例，可以更好地理解本公开的各个实施方式。本公开不限于本文给出的实施例。
[0076] 硒、铁和铜纳米颗粒海绵的制造
[0077] 在一个实施例中，可以将金属盐或酸前体(诸如七水硫酸铁、氯化铁、亚硒酸和氯化铜)溶解在溶液中。然后可以将由聚氨酯、纤维素、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯或聚酰胺制成的海绵材料浸泡在该溶液中一段时间，以使金属离子解离到海绵中。
[0078] 随后，可以将海绵放置在温度高于100℃的标准对流烘箱或真空烘箱中。通过将海绵放入烘箱，可以将水从海绵中蒸发，从而将金属离子压在一起，同时将这些离子还原为金属或非金属颗粒。图4A中示意性地示出了这一点，其是聚氨酯支撑体上纳米材料还原和颗粒生长的示意图。可以在海绵仍悬浮于离子前体溶液中的同时将其置于烘箱中，或者将饱和的海绵从离子溶液中取出并放置于烘箱中。在烘箱中加热处于溶液中的海绵可以获得更大的颗粒生长，因为还原在海绵支撑体和溶液中同时进行。图4B是根据各个实施方式的聚氨酯海绵的照片和显微照片。图4C是根据各个实施方式的铁纳米颗粒吸附剂的照片和显微照片。
[0079] 使用硒(Se)、铁氧化物(Fe2O3/Fe3O4)、氧化铜(CuO)、氧化铝(Al2O3)、氧化锌(ZnO)和氧化镍(NiO)的颗粒，热还原方法可以施用于多种化学物种以合成金属或非金属纳米材料。与这种方法一起使用的其它物种包括钙、镁和钛。该方法还可以应用于已知会发生热还原的所有金属和金属氧化物。图5显示了用各种金属离子前体热还原后的聚氨酯(PU)海绵的照片以及海绵表面的扫描电子显微镜(SEM)图像。图像显示了海绵表面上的小颗粒和颗粒聚集体。
[0080] 所生产的纳米材料海绵可应用于水样中的各种污染物(表1)。首先，仅用热还原法制得的硒海绵，以与组合化学和热还原法合成的硒海绵相似的方式进行，捕获了溶液中99％的汞。该海绵还显示出对铅(Pb)的亲和力。此外，由铜和铁制成的海绵可以从水中捕获砷。铁海绵还可以用于捕获溶液中的无机磷酸根。这些海绵可以串联使用或作为复合材料用于水中多种污染物的捕集。使用这种热还原方法，可以创建针对各种主要水污染物的海绵组合。
[0081] 表1
[0082]
[0083] 通过铁纳米颗粒吸附剂去除磷
[0084] 如前文的描述生产具有设置在聚氨酯支撑体上的铁纳米颗粒的铁纳米颗粒吸附剂。将该铁纳米颗粒吸附剂的性能与不含铁纳米颗粒的聚氨酯海绵进行比较。将铁纳米颗粒吸附剂和聚氨酯海绵分别浸泡在含有磷酸根离子的溶液中，并对所产生的废水进行分析。
[0085] 图6A是示出根据各个实施方式的铁纳米颗粒吸附剂和聚氨酯海绵的磷捕获(％)随时间(s)变化的图。如图6A所示，在约10秒的短周期后，铁纳米颗粒吸附剂能够吸收溶液中几乎100％的磷。相比之下，聚氨酯海绵只能吸收溶液中约20％的磷。
[0086] 图6B是示出根据各个实施方式的铁纳米颗粒吸附剂和聚氨酯海绵的磷负载量(mg·g-1)随浓度(mg·L-1)变化的图。如图6B所示，铁纳米颗粒吸附剂能够以约982.9g·mg-1·min-1的负载速率，以约120mg磷酸根/克吸附剂的负载量吸收磷酸根。相比之下，聚氨酯海绵只能以约50毫克磷酸根/克海绵的负载量吸收磷酸根。
[0087] 图6C是示出根据各个实施方式的铁纳米颗粒吸附剂和聚氨酯海绵的磷捕获(％)随pH变化的图。如图6C所示，铁纳米颗粒吸附剂能够在约1(～60％的磷酸根去除率)与约13之间的pH下吸收磷酸根，在约3与约13之间的pH具有近100％的磷酸根去除率。相比之下，聚氨酯海绵只能在大约1的pH下吸收磷酸根(～15％的磷酸根去除率)，在约2与约13之间的pH下的磷酸根去除率为约0％。
[0088] 为了测试在各种竞争性污染物存在下的磷去除的选择性，将铁纳米颗粒吸附剂浸泡在天然泉水样品和工业废水样品中。在通过铁纳米颗粒吸附剂处理之前(未经处理的)和在通过铁纳米颗粒吸附剂处理之后(经处理的)测量磷和各种竞争污染物的浓度。
[0089] 图6D是示出根据各个实施方式的未经处理的和使用铁纳米颗粒吸附剂处理的湖水样品中各种污染物浓度(mg·L-1)的图。如图6D所示，铁纳米颗粒吸附剂将磷去除至无法检测的水平，而其它离子则保持与未经处理的浓度大致相同。
[0090] 图6E是示出根据各个实施方式的未经处理的和使用铁纳米颗粒吸附剂处理的废水样品中各种污染物浓度(mg·L-1)的图。如图6E所示，铁纳米颗粒吸附剂可将磷去除至无法检测的水平，并且将铝去除至较低的水平，而其它离子则保持与示经处理的浓度大致相同。
[0091] 通过铜纳米颗粒吸附剂去除砷
[0092] 如上生产具有设置于聚氨酯支撑体上的铜纳米颗粒的铜纳米颗粒吸附剂。将铜纳米颗粒吸附剂的性能与不含铜纳米颗粒的聚氨酯海绵进行了比较。将铜纳米颗粒吸附剂和聚氨酯海绵分别浸泡在含有磷酸根离子的溶液中，并对所产生的废水进行分析。
[0093] 图7A是示出根据各个实施方式的铜纳米颗粒吸附剂的砷捕获(％)随时间(s)变化的图。如图7A所示，在约100秒的短周期后，铜纳米颗粒吸附剂能够吸收溶液中近75％的砷。
[0094] 图7B是示出根据各个实施方式的铜纳米颗粒吸附剂和聚氨酯海绵的砷捕获(％)随pH变化的图。如图7B所示，铜纳米颗粒吸附剂能够在约1(～60％的砷去除率)与约12(～60％的砷去除率)之间的pH下吸收砷，在约3与约9之间的pH下具有接近100％的砷去除率。
相比之下，聚氨酯海绵在约1与约12之间的pH下仅能够吸收至约55％的砷。
相比之下，聚氨酯海绵在约1与约12之间的pH下仅能够吸收至约55％的砷。
[0095] 铁纳米颗粒材料的抗菌活性
[0096] 各种金属纳米颗粒吸附剂均已展示出抗菌性能，这对于防止过滤、卫生、个人护理产品和服装的结垢可能很重要。图8A是根据各个实施方式的设置在聚氨酯海绵支撑体上的铁纳米颗粒材料上的蓝藻生长的照片。如图8A所示，在未经处理的聚氨酯海绵上存在蓝藻生长(左),而在铁纳米颗粒吸附剂上基本上不存在蓝藻生长(右)。
[0097] 除了铁纳米颗粒吸附剂，还有铜纳米颗粒吸附剂和银纳米颗粒。例如，已经在具有80％聚酯和20％棉的织物上合成了银纳米颗粒。将硝酸银的离子盐溶解在溶液中，然后将银溶液添加到织物上。织物干燥过夜并彻底洗涤。图8B是根据各个实施方式的在80％聚酯和20％棉的服装材料上合成的银颗粒的照片。图8C是根据各个实施方式的在80％聚酯和
20％棉的服装材料的线上合成的银颗粒的照片。
20％棉的服装材料的线上合成的银颗粒的照片。
[0098] 纳米颗粒也可以浸渍到纺织品、织物和其它材料中，以提高诸如芯吸(吸水，wicking)、温度调节和材料强度等方面的性能。可以使用上述用于衣物或其它产品的方法来生产各种颗粒，例如锌、铝硅酸盐和其它金属/金属杂化颗粒。
[0099] 陶瓷支撑体上的铁纳米颗粒材料
[0100] 除可压缩海绵外，本文描述的金属或非金属纳米材料还可在包括多孔陶瓷支撑体的其它多孔材料上生长。这样的多孔陶瓷支撑体可以是刚性的，使得它们可以适合于高流量的应用和/或具有固定体积的应用。图9A是根据各个实施方式的多孔陶瓷支撑体的照片。图9A的多孔陶瓷支撑体不包括金属或非金属纳米材料。图9B是根据各个实施方式的硒纳米材料多孔陶瓷支撑体的照片。图9B的多孔陶瓷支撑体包括硒纳米材料。如图9B所示，由深色指示的硒纳米材料基本上分布在整个多孔陶瓷支撑体中。
[0101] 铁纳米颗粒海绵的制造
[0102] 图10A是示出根据各个实施方式的用于从七水硫酸亚铁制造多孔铁纳米复合材料制品、使用该铁纳米复合材料制品去除磷、和从该铁纳米颗粒复合材料制品去除磷的示例性方法30的流程图。在图10A的实例中，提供多孔支架结构如聚氨酯海绵(71)，但是可以使用其它材料，包括其它海绵或多孔支架结构。洗涤和干燥多孔支架结构(72)。将该多孔支架结构在pH在约2与约9之间、浓度在约0.001与约5M之间的七水硫酸亚铁溶液中浸泡约10分钟至约60分钟(73)。在烘箱中在高于约100℃下将海绵干燥约一小时至约八小时(74)，以形成多孔铁纳米复合材料制品。洗涤并干燥多孔铁纳米复合材料制品(75)。
[0103] 为了去除污染物如磷，将多孔铁纳米复合材料制品浸泡在含有污染物的流体溶液中(76)。去除污染物后，将多孔铁纳米复合材料制品浸泡在到pH大于约12溶液中以从多孔铁纳米复合材料制品中回收磷(77)。
[0104] 铜纳米颗粒海绵的制造
[0105] 图10B是示出根据各个实施方式的用于由氯化铜(II)制造多孔铜纳米复合材料制品的示例性方法(80)的流程图。在图10B的实例中，提供多孔支架结构(81)。洗涤和干燥多孔支架结构(82)。将多孔支架结构在pH在约2与约9之间、浓度在约0.001与约5M之间的氯化铜(II)溶液中浸泡约约10分钟到约60分钟(83)。在烘箱中在大于约100℃下将多孔支架结构干燥约一小时至约八小时(84)，以形成多孔铜纳米复合材料制品。洗涤并干燥多孔铜纳米粒子海绵(85)。
[0106] 硒纳米颗粒海绵的制造
[0107] 图10C是示出根据各个实施方式的用于由亚硒酸制造多孔硒纳米复合材料制品的示例性方法(90)的流程图。在图10C的实例中，提供多孔支架结构(91)。洗涤和干燥多孔支架结构(92)。将多孔支架结构在pH在约2与约9之间、浓度在约0.001与约5M的亚硒酸溶液中浸泡约10分钟到约60分钟(93)。在烘箱中在大于约100℃下将多孔支架结构干燥约一小时至约八小时(94)，以形成多孔硒纳米复合材料制品。洗涤和干燥多孔硒纳米复合材料制品(95)。
[0108] 铝纳米颗粒海绵的制造
[0109] 图10D是示出根据各个实施方式的用于由硫酸铝铵制造多孔纳米复合材料制品的示例性方法(100)的流程图。在图10D的实例中，提供多孔支架结构(101)。洗涤和干燥多孔支架结构(102)。将多孔支架结构在pH在约2与约9之间、浓度在约0.001与约5M之间的硫酸铝铵溶液中浸泡约10分钟至约60分钟(103)。在烘箱中在大于约100℃下将多孔支架结构干燥约一小时至约八小时(104)，以形成多孔铝纳米复合材料制品。洗涤和干燥多孔铝纳米复合材料制品(105)。
[0110] 镍纳米颗粒海绵的制造
[0111] 图10E是示出根据各个实施方式的用于由硫酸镍(II)制造多孔镍纳米复合材料制品的示例性方法(110)的流程图。在图10E的实例中，提供多孔支架结构(111)。洗涤和干燥多孔支架结构(112)。将多孔支架结构在pH在约2与约9之间、浓度在约0.001与约5M之间的硫酸镍(II)溶液中浸泡约10分钟至约60分钟(113)。在烘箱中在大于约100℃下将海绵干燥约一小时至约八小时(114)，以形成多孔镍纳米复合材料制品。洗涤和干燥多孔镍纳米复合材料制品(115)。
[0112] 锌纳米颗粒海绵的制造
[0113] 图10F是示出根据各个实施方式的用于由六水硝酸锌制造多孔锌纳米复合材料制品的示例性方法(120)的流程图。在图10F的实例中，提供多孔支架结构(121)。洗涤和干燥多孔支架结构(122)。将多孔支架结构在pH在约2与约9之间、浓度在约0.001与约5M之间的六水硝酸锌溶液中浸泡约10分钟至约60分钟(123)。在烘箱中在高于约100℃下将多孔支架结构干燥约一小时至约八小时(124)，以形成多孔锌纳米复合材料制品。洗涤和干燥多孔锌纳米复合材料制品(125)。
[0114] 钛纳米颗粒海绵的制造
[0115] 图10G是示出根据各个实施方式的由硫酸钛水合物制造多孔钛纳米复合材料制品的示例性方法(130)的流程图。在图10G的实例中，提供多孔支架结构(131)。洗涤和干燥多孔支架结构(132)。将多孔支架结构在pH在约2与约9之间、浓度在约0.001与约5M之间的硫酸钛水合物溶液中浸泡约10分钟至约60分钟(133)。在烘箱中在高于约100℃将海绵干燥约一小时至约八小时(134)，以形成多孔钛纳米复合材料制品。洗涤和干燥多孔钛纳米复合材料制品(135)。
[0116] 银纳米颗粒纺织品的制造
[0117] 图11是示出根据各个实施方式的用于由硝酸银制造银纳米复合材料纺织品的示例性方法(140)的流程图。在图11的实例中，提供纺织品(141)。洗涤和干燥纺织品(142)。将纺织品在pH在约2与约9之间、浓度在约0.001与约5M之间的硝酸银溶液中浸泡约10分钟到约60分钟(143)。在烘箱中在高于约100℃下将纺织品干燥约一小时至约十二小时(144)，以形成银纳米复合材料纺织品。洗涤和干燥银纳米复合材料纺织品(145)。
[0118] 多孔纳米复合材料制品的应用
[0119] 如前文的描述，本文描述的多孔纳米复合材料可以用于各种应用，如下表2所示。
[0120] 表2
[0121]
[0122] 已经采用的术语和表达被用作描述的术语，而不是限制，并且没有意图使用此类术语和表达来排除所显示和描述的特征的任何等同物或其部分，而应当认识到，在本公开实施方式的范围内可以进行各种修改。因此，应当理解的是，尽管已经通过具体实施方式和可选特征具体公开了本公开，但本领域普通技术人员可以对本文公开的构思进行修改和变化，并且此类修改和变化被认为处在本公开实施方式的范围内。
[0123] 在本文中，以范围格式表述的值应以灵活的方式解释为不仅包括明确列举为范围限制的数值，而且还包括该范围内涵盖的所有单个数值或子范围，如同每个数值和子范围都被明确列举。例如，范围“约0.1％至约5％”或“约0.1％至5％”应当解释为不仅包括约0.1％至约5％，而且包括所示范围内的个体值(例如1％、2％、3％和4％)以及子范围(例如
0.1％至0.5％、1.1％至2.2％、3.3％至4.4％)。除非另有说明，陈述“约X至Y”与“约X至约Y”具有相同的含义。同样地，除非另有说明，陈述“约X、Y、或约Z”与“约X、约Y、或约Z”具有相同含义。
0.1％至0.5％、1.1％至2.2％、3.3％至4.4％)。除非另有说明，陈述“约X至Y”与“约X至约Y”具有相同的含义。同样地，除非另有说明，陈述“约X、Y、或约Z”与“约X、约Y、或约Z”具有相同含义。
[0124] 在本文中，除非上下文另有明确规定，术语“一(a)”、“一个(an)”或“该(the)”用于包括一个或多于一个。除非另有说明，术语“或”用于表示非排他性的“或”。陈述“A和B中的至少一个”与“A，B或A和B”具有相同的含义。另外，应当理解的是，本文所采用的且没有另外定义的措词或术语仅是出于描述的目的而不是限制。章节标题的任何使用均旨在帮助阅读文档，而不应理解为是限制性的；与章节标题相关的信息可能出现在该特定章节之内或之外。
[0125] 在本文描述的方法中，可以以任何顺序执行动作，而不会背离本公开的原理，除非明确地陈述了时间或操作顺序。此外，指定的动作可以同时执行，除非明确的权利要求语言陈述了它们是分开执行的。例如，可以在单个操作中同时执行所要求保护的做X的动作和所要求保护的做Y的动作，并且所得方法将落入所要求保护的方法的字面范围内。
[0126] 如本文所用的术语“约”可允许值或范围具有一定程度的可变性，例如在规定值或规定范围极限的10％内、5％内、或1％内，并且包括确切的规定值或范围。
[0127] 如本文所用的术语“基本上”是指大多数或大部分，如至少约50％、60％、70％、80％、90％、95％、96％、97％、98％、99％、99.5％、99.9％、99.99％、或至少约99.999％或更多、或100％。
[0128] 附加实施方式
[0129] 提供以下示例性实施方式，其编号不应解释为指定重要性等级：
[0130] 实施方式1提供一种制品，其包含：包含多个支撑体的多孔支架结构；和设置在支撑体中的至少一个上的多个金属或非金属纳米材料。
[0131] 实施方式2提供实施方式1的制品，其中多孔支架结构包含树脂、金属、玻璃、陶瓷、硅、活性炭或其组合。
[0132] 实施方式3提供实施方式1的制品，其中多孔支架结构是海绵。
[0133] 实施方式4提供实施方式3的制品，其中海绵包含多个纤维。
[0134] 实施方式5提供实施方式4的制品，其中多个纤维包括选自聚氨酯、纤维素、聚酰胺、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯或它们的混合物中的一种或多种聚合物。
[0135] 实施方式7提供根据实施方式1-6中任一项的制品，其中多孔制品的至少一个孔的尺寸在约100纳米至约500纳米的范围内。
[0136] 实施方式8提供根据实施方式1-7中任一项的制品，其中至少一个金属或非金属纳米材料包括一种或多种金属、金属或金属氧化物。
[0137] 实施方式9提供实施方式8的制品，其中一种或多种非金属、金属或金属氧化物占金属或非金属纳米材料的约5wt％至约100wt％的范围内。
[0138] 实施方式10提供实施方式9的制品，其中至少一种非金属或金属中选自硒、铜、锌、铁、镍、钙、镁、钛、它们的混合物、或它们的合金。
[0139] 实施方式11提供实施方式9的制品，其中金属氧化物中的至少一种选自铁氧化物、氧化铜、氧化铝、氧化锌、氧化镍或它们的混合物。
[0140] 实施方式10提供一种用于从流体介质中去除污染物的系统，该系统包含：至少部分地设置在流体介质内的制品，该制品包含：包含多个支撑体的多孔支架结构；和设置在支撑体中的至少一个上的多个金属或非金属纳米材料。
[0141] 实施方式11提供实施方式10的系统，其中多孔支架结构包含树脂、金属、玻璃、陶瓷、硅、活性炭或其组合。
[0142] 实施方式12提供实施方式10的系统，其中多孔支架结构是海绵。
[0143] 实施方式13提供实施方式12的系统，其中海绵包含多个纤维。
[0144] 实施方式14提供实施方式13的系统，其多个纤维包括选自聚氨酯、纤维素、聚酰胺、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯或它们的混合物中的一种或多种聚合物。
[0145] 实施方式15提供根据实施方式10-14中任一项的系统，其中多孔制品的至少一个孔的尺寸在约100纳米至约500纳米的范围内。
[0146] 实施方式16提供根据实施方式10-15中任一项的系统，其中至少一个金属或非金属纳米材料包括一种或多种非金属、金属或金属氧化物。
[0147] 实施方式17提供实施方式16的系统，其中一种或多种非金属、金属或金属氧化物占金属或非金属纳米材料的约5wt％至约100wt％的范围内。
[0148] 实施方式18提供实施方式17的系统，其中非金属或金属中的至少一种选自硒、铜、锌、铁、镍、钙、镁、钛、它们的混合物或它们的合金。
[0149] 实施方式19提供实施方式16的系统，其中金属氧化物中的至少一种选自铁氧化物、氧化铜、氧化铝、氧化锌、氧化镍或它们的混合物。
[0150] 实施方式20提供根据实施方式10-19中任一项的系统，其中流体介质选自液体、气体或它们的组合。
[0151] 实施方式21提供实施方式20的系统，其中液体是水。
[0152] 实施方式22提供实施方式20的系统，其中气体是大气或烟气。
[0153] 实施方式23提供根据实施方式10-22中任一项的系统，其中污染物选自汞、铅、砷、磷酸根或它们的混合物。
[0154] 实施方式24提供一种制备多孔纳米复合材料的方法，该方法包含：将多孔制品至少部分地浸泡在溶液中，该溶液包含：一种或多种非金属、金属、金属盐、金属酸或它们的混合物；加热多孔制品以还原一种或多种非金属、金属、金属盐、金属酸或它们的混合物；和由一种或多种非金属、金属、金属盐、金属酸或它们的混合物在多孔制品上形成多个金属纳米材料。
[0155] 实施方式25提供实施方式24的方法，其中金属纳米材料形成在多孔制品的内外表面中的至少一个上。
[0156] 实施方式26提供实施方式24的方法，其中金属纳米材料包括选自硒、铜、锌、铁、镍、钙、镁、钛、它们的混合物或它们的合金中的至少一种金属。
[0157] 实施方式27提供实施方式24的方法，其中金属纳米材料包括选自铁氧化物、氧化铜、氧化铝、氧化锌、氧化镍或它们的混合物中的金属氧化物。
[0158] 实施方式28提供实施方式24的方法，其中在约100℃至约500℃范围内的温度下加热多孔制品。
[0159] 已经描述了各种实例。但这些和其它实例均在所附权利要求的范围内。
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