一种内表面负载贵金属纳米粒子的蛋黄型芬顿微反应器的制备方法技术

一种内表面负载贵金属纳米粒子的蛋黄型芬顿微反应器的制备方法，涉及一种芬顿微反应器的制备方法。是要解决现有的异相芬顿试剂H

【技术实现步骤摘要】
一种内表面负载贵金属纳米粒子的蛋黄型芬顿微反应器的制备方法
本专利技术涉及一种芬顿微反应器的制备方法。
技术介绍
近年来，全球水污染形式日趋严峻。通过对大量水污染案例调查发现，其中相当大一部分是由于有机物所造成的。该类污染物广泛存在于农药、化肥及工业废水中，具有毒性高、积聚性强和流动大等特点，对人民的健康生活及工农业的安全生产造成了严重威胁。如何有效处理该类污染物，成为关系到我国可持续发展战略的重要课题。由于该类污染物在水源中的浓度一般很低，传统的污水处理方法：如沉淀法、过滤法以及生物降解法等很难对其进行有效处理。开发一种经济高效的新方法就成为亟待解决的问题。近年来，利用芬顿反应来处理低浓度有机污染物的方法获得了研究人员的极大关注。然而，在实际应用过程中，人们发现虽然异相芬顿试剂高效环保，但以下缺陷的存在，严重限制了异相芬顿试剂的广泛应用：(1)进行反应时，必须过量使用H2O2，不仅降低了H2O2的利用效率，而且增加了成本；(2)反应只能在异相芬顿试剂的表面进行，反应速率相对较慢；(3)异相芬顿试剂容易出现聚集现象，造成降解活性下降。
技术实现思路
本专利技术是要解决现有的异相芬顿试剂H2O2利用效率低、芬顿反应速率慢及芬顿试剂易团聚的问题，提供一种内表面负载贵金属纳米粒子的蛋黄型芬顿微反应器的制备方法。通过贵金属纳米粒子辅助H2O2分解和微反应器的“限域效应”等手段，解决传统异相芬顿试剂存在的不足。本专利技术内表面负载贵金属纳米粒子的蛋黄型芬顿微反应器的制备方法，包括以下步骤：一、将磁性纳米粒子分散到水中，然后加入正硅酸乙酯至终浓度为1mg/mL～30mg/mL，搅拌2-3min，再加入氨水至终浓度为0.01mg/mL～1mg/mL，反应6-12h，得到产物A；二、将产物A加入贵金属盐溶液中，其中贵金属盐的终浓度为0.1mg/mL～10mg/mL，搅拌10min～30min后，加入还原剂至终浓度为1mg/mL～50mg/mL，反应10min～60min，得到产物B；三、将产物B分散于导电高分子单体中，其中导电高分子单体的终浓度为10mg/mL～100mg/mL，加入引发剂至终浓度为10mg/mL～300mg/mL，引发聚合，反应3h～24h，得到产物C；四、将产物C放入刻蚀剂中，刻蚀10h～24h，得到最终产物。进一步的，步骤一中所述的磁性纳米粒子为四氧化三铁、三氧化二铁或羟基氧化铁；进一步的，步骤二中所述贵金属盐溶液中的贵金属盐为硝酸银、氯金酸、氯铂酸、氯化钯、银氨溶液、氯铂酸钾、亚氯铂酸钾中的一种或几种；进一步的，步骤二中所述的还原剂为硼氢化钠、肼或葡萄糖；进一步的，步骤三中所述的导电高分子单体为苯胺、吡咯、噻吩、乙炔、3-己基噻吩、3,4-乙烯二氧噻吩中的一种或几种按任意比组成的混合物。进一步的，步骤三中所述的引发剂为三氯化铁、过硫酸铵、过硫酸钾或过硫酸钠。进一步的，步骤四中所述的刻蚀剂为氢氟酸、氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液或氨水，其中氢氟酸、氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液和氨水浓度均为0.5-3mol/L。本专利技术制备的芬顿微反应器为蛋黄型微反应器，其内表面负载有贵金属纳米粒子。首先以磁性纳米粒子为核心模板，通过水解正硅酸乙酯在其表面包覆上完整的二氧化硅壳层；之后，将贵金属纳米粒子沉积在二氧化硅壳层表面；接着，继续在外表面聚合导电高分子单体，形成完整的导电高分子聚合物壳层；最后，将中间的二氧化硅壳层选择性刻蚀掉，就得到了蛋黄型微反应器。在该微反应器中，磁性纳米粒子为“核”；导电高分子单体聚合物为“壳”，贵金属纳米粒子镶嵌在壳层的内表面。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术所制备的内表面负载贵金属纳米粒子的蛋黄型芬顿微反应器比传统的纳米粒子对H2O2的利用效率更高，节约成本。在芬顿反应中，H2O2分解生成具有高氧化性的·OH来降解污水中有机污染物。本专利技术制备的微反应器内表面负载的金属纳米粒子对H2O2的分解具有催化作用，有利于加速H2O2的分解，因而会提高H2O2的分解速率，进而提高其利用效率和降解速率。“限域效应”是微反应器所特有的性质。区别于外部溶液，反应发生在微反应器内部。由于“限域效应”的存在，有助于污水中有机物的富集，提高异相芬顿反应速率。本专利技术所制备的内表面负载贵金属纳米粒子的蛋黄型芬顿微反应器比传统的磁性纳米粒子具有更高的稳定性，不易发生聚集。由于磁性纳米粒子在微反应器的内部，在这个微环境保护下，可以避免外界溶液的侵蚀。此外，由于微反应器的壳层保护，磁性纳米粒子之间彼此分隔，能够有效避免使用过程中异相芬顿试剂(即磁性纳米粒子)的聚集，因而会提高稳定性。附图说明图1是实施例一中四氧化三铁纳米粒子扫描电镜照片；图2是实施例一中内表面负载贵金属纳米粒子的蛋黄型微反应器的扫描电镜照片；图3是实施例一中内表面负载贵金属纳米粒子的蛋黄型微反应器的透射电镜照片；图4是实施例一中内表面负载贵金属纳米粒子的蛋黄型微反应器与初始四氧化三铁进行芬顿反应降解亚甲基蓝的对比图；图5是实施例一中内表面负载贵金属纳米粒子的蛋黄型微反应器与四氧化三铁进行芬顿反应降解亚甲基蓝过程中H2O2的利用效率的对比图；图6是实施例一中内表面负载贵金属纳米粒子的蛋黄型微反应器进行芬顿反应后的透射电镜照片；图7是实施例二制备的内表面负载贵金属纳米粒子的蛋黄型芬顿微反应器的扫描电镜照片。具体实施方式本专利技术技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。具体实施方式一：本实施方式内表面负载贵金属纳米粒子的蛋黄型芬顿微反应器的制备方法，包括以下步骤：一、将磁性纳米粒子分散到水中，然后加入正硅酸乙酯至终浓度为1mg/mL～30mg/mL，搅拌2-3min，再加入氨水至终浓度为0.01mg/mL～1mg/mL，反应6-12h，得到产物A；二、将产物A加入贵金属盐溶液中，其中贵金属盐的终浓度为0.1mg/mL～10mg/mL，搅拌10min～30min后，加入还原剂至终浓度为1mg/mL～50mg/mL，反应10min～60min，得到产物B；三、将产物B分散于导电高分子单体中，其中导电高分子单体的终浓度为10mg/mL～100mg/mL，加入引发剂至终浓度为10mg/mL～300mg/mL，引发聚合，反应3h～24h，得到产物C；四、将产物C放入刻蚀剂中，刻蚀10h～24h，得到最终产物。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述的磁性纳米粒子为四氧化三铁、三氧化二铁或羟基氧化铁。其它与具体实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中加入正硅酸乙酯至终浓度为5mg/mL～25mg/mL。其它与具体实施方式一或二相同。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中加入正硅酸乙酯至终浓度为10mg/mL～20mg/mL。其它与具体实施方式一或二相同。具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤一中加入氨水至终浓度为0.05mg/mL～0.9mg/mL。其它与具体实施方式一至四之一相同。具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤一中加入氨水至终浓度为0.1mg/mL～0.8mg/mL。其它与具体实施方式一至四之一相同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种内表面负载贵金属纳米粒子的蛋黄型芬顿微反应器的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：一、将磁性纳米粒子分散到水中，然后加入正硅酸乙酯至终浓度为1mg/mL～30mg/mL，搅拌2‑3min，再加入氨水至终浓度为0.01mg/mL～1mg/mL，反应6‑12h，得到产物A；二、将产物A加入贵金属盐溶液中，其中贵金属盐的终浓度为0.1mg/mL～10mg/mL，搅拌10min～30min后，加入还原剂至终浓度为1mg/mL～50mg/mL，反应10min～60min，得到产物B；三、将产物B分散于导电高分子单体中，其中导电高分子单体的终浓度为10mg/mL～100mg/mL，加入引发剂至终浓度为10mg/mL～300mg/mL，引发聚合，反应3h～24h，得到产物C；四、将产物C放入刻蚀剂中，刻蚀10h～24h，得到最终产物。

【技术特征摘要】
1.一种内表面负载贵金属纳米粒子的蛋黄型芬顿微反应器的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：一、将磁性纳米粒子分散到水中，然后加入正硅酸乙酯至终浓度为1mg/mL～30mg/mL，搅拌2-3min，再加入氨水至终浓度为0.01mg/mL～1mg/mL，反应6-12h，得到产物A；二、将产物A加入贵金属盐溶液中，其中贵金属盐的终浓度为0.1mg/mL～10mg/mL，搅拌10min～30min后，加入还原剂至终浓度为1mg/mL～50mg/mL，反应10min～60min，得到产物B；三、将产物B分散于导电高分子单体中，其中导电高分子单体的终浓度为10mg/mL～100mg/mL，加入引发剂至终浓度为10mg/mL～300mg/mL，引发聚合，反应3h～24h，得到产物C；四、将产物C放入刻蚀剂中，刻蚀10h～24h，得到最终产物。2.根据权利要求1所述的蛋黄型芬顿微反应器的制备方法，其特征在于步骤一中所述的磁性纳米粒子为四氧化三铁、三氧化二铁或羟基氧化铁。3.根据权利要求1所述的蛋黄型芬顿微反应器的制备方法，其特征在于步骤一中加入氨水至终浓度为0.1mg/mL～0.8mg/mL。4.根据权利要求1所述的蛋黄...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚同杰，关晨晨，张军帅，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23