一种纤维素基仿生催化纤维及制备方法技术

一种纤维素基仿生催化纤维及其制备方法，它是将含咪唑或者巯基基团的改性纤维素纤维与金属酞菁之间通过配位键方式结合，其制备方法是：选用含有-OH基团的纤维和羧基硫醇为原料，在反应温度为60-90℃的条件下，加入羧基硫醇或羧基咪唑、纤维素纤维及缩合剂，搅拌反应2-48小时，接着将纤维取出烘干，放置于50-100℃的金属酞菁溶液中回流2-12小时，取出负载有金属酞菁的纤维素纤维，用溶剂反复洗涤纤维至溶液无色，最后80-100℃烘干制得纤维素基仿生催化纤维。

【技术实现步骤摘要】
一种纤维素基仿生催化纤维及制备方法
本专利技术涉及一种仿生催化纤维及制备方法，尤其是一种纤维素基仿生催化纤维及制备方法，属于材料、化学与化工

技术介绍
金属酞菁具有耐热、耐光照、耐酸碱稳定性等许多优良性能，其结构具有以下特征：(1)芳香族π电子在整个酞菁环上共轭，共轭大分子呈现高度的平面性，催化反应可在该平面的轴向位置发生；(2)芳香环既具有电子给体的特性，又具有电子受体的特性；(3)化学性质非常稳定，它耐酸、耐碱、耐水浸、耐热、耐光以及耐各种有机溶剂。上述特征，使它们满足了催化过程中对催化剂的近乎苛刻的要求，作为催化剂使用时，其可催化数十种有机反应，包括氢交换反应、加氢反应、氮氧化物及乙炔的还原反应，过氧化物、过氧化氢和甲酸的分解反应，合成氨反应，羧基脱除反应，芳烃的羟基化反应，脱氢反应、电化学反应和氧化反应。但由于金属酞菁的结构使其在溶液中具有形成无活性的二聚物甚至多聚物的趋势。二聚物的形成将减少轴向配位的活性点，从而导致催化效率大幅度降低。为了减少酞菁分子在溶液中的聚集，达到提高催化效率的目的，人们开始研究将酞菁负载到载体上来减少其聚集。另外，在使用金属酞菁作为催化剂时，还应考虑到其的回收和重复利用等问题，既不能对环境造成二次污染，而且要能够重复使用，以达到经济、环保的目的。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服上述
技术介绍
的不足，目的是一种高催化活性的纤维素基仿生催化纤维及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种纤维素基仿生催化纤维，其特征是：含咪唑或者巯基基团的改性纤维素纤维与与金属酞菁之间通过配位键方式结合，使用的金属酞菁特征具有式1结构，其中：M是铁、钴、镍、锰、铜、铷、锌、铂和钯过渡金属离子；R为-H、-NH2、-Cl、-F、-COOH、-NO2、-NHCOCH3、-NHSO3H、-SO3H中的任意一种；羧基硫醇(HOOC-R1-SH)的R1是-CH2-、-CH2CH2-、-CH(COOH)CH2-、-CH2CH2CH2-和-CH2CH2CH2CH2-中的任意一种；羧基咪唑(HOOC-R2-C3H3N2)的R2是-CH2-、-CH2CH2-、-CH(COOH)CH2-、-CH2CH2CH2-和-CH2CH2CH2CH2-中的任意一种，所述的纤维素纤维直径在0.2-20μm之间，纤维素纤维形态是长丝状、短纤维状以及短切纤维状，纤维素纤维是棉、粘胶、麻、醋酯纤维以及任何带有-OH基团的纤维。所述负载的金属酞菁质量百分数为0.08-8％，负载的羧基硫醇或者羧基咪唑的质量分数为0.2-15％。一种上述纤维素基仿生催化纤维的制备方法，其特征在于：选用含有-OH基团的纤维和羧基硫醇为原料，在反应温度为60-90℃的条件下，加入羧基硫醇、纤维素纤维及缩合剂，搅拌反应2-48小时，接着将纤维取出烘干，放置于50-100℃的金属酞菁溶液中回流2-12小时，取出负载有金属酞菁的纤维素纤维，用溶剂反复洗涤纤维至溶液无色，最后80-100℃烘干制得纤维素基仿生催化纤维。一种上述纤维素基仿生催化纤维的制备方法，其特征在于：选用含有-OH基团的纤维和羧基咪唑为原料，在反应温度为60-90℃的条件下，加入羧基咪唑、纤维素纤维及缩合剂，搅拌反应2-48小时，接着将纤维取出烘干，放置于50-100℃的金属酞菁溶液中回流2-12小时。取出负载有金属酞菁的纤维素纤维，用溶剂反复洗涤纤维至溶液无色，最后80-100℃烘干制得纤维素基仿生催化纤维。所用的缩合剂是二环己基碳二亚胺(DCC)。所用的溶剂是二甲基亚砜、四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮。本专利技术将金属酞菁通过配位键的方式负载到含有咪唑或巯基基团的改性纤维素纤维上，制得一种高催化活性纤维素纤维，本专利技术的有益效果是：第一、可以有效地防止金属酞菁的聚集，使其维持较高的催化活性，使用该方法制得的纤维，其催化活性比在碳纤维上直接键合酞菁的催化活性提高了数十倍；第二、有利于克服均相反应过程中一些不利因素的影响；第三、通过将金属酞菁通过配位键的方式负载到含有咪唑或巯基基团的改性纤维素纤维上，有利于提高金属酞菁催化效率，减少了因催化剂流失而带来的二次污染。本专利技术选用纤维素纤维为载体，价廉易得，制成的纤维素基仿生催化纤维具有较高的催化活性，易从溶液中分离。在制备过程中，以配位键结合，具有工艺简单，设备简便等优点。本专利技术制得的催化纤维素纤维可应用于多个领域，如：有机污染物的催化氧化，包括苯环类化合物、萘环类化合物和有毒的芳香类化合物的催化氧化，以及对空气中有害气体进行去除等。因此，本专利技术制备的纤维素基仿生催化纤维具有良好的应用前景。附图说明图1为专利技术纤维素基仿生催化纤维制备方法的过程示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例及附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围，不应理解为对本申请的限制。一种纤维素基仿生催化纤维，它是将含咪唑或者巯基基团的改性纤维素纤维与与金属酞菁之间通过配位键方式结合，使用的金属酞菁特征具有式1结构，其中：M是铁、钴、镍、锰、铜、铷、锌、铂和钯过渡金属离子；R为-H、-NH2、-Cl、-F、-COOH、-NO2、-NHCOCH3、-NHSO3H、-SO3H中的任意一种；羧基硫醇(HOOC-R1-SH)的R1可以是-CH2-、-CH2CH2-、-CH(COOH)CH2-、-CH2CH2CH2-和-CH2CH2CH2CH2-中的任意一种；羧基咪唑(HOOC-R2-C3H3N2)的R2可以是-CH2-、-CH2CH2-、-CH(COOH)CH2-、-CH2CH2CH2-和-CH2CH2CH2CH2-中的任意一种，本专利技术所述的纤维素纤维直径在0.2-20μm之间，纤维素纤维形态是长丝状、短纤维状以及短切纤维状，纤维素纤维是棉、粘胶、麻、醋酯纤维以及任何带有-OH基团的纤维。所述负载的金属酞菁质量百分数为0.08-8％，负载的羧基硫醇或者羧基咪唑的质量分数为0.2-15％。如图1所示，一种纤维素基仿生催化纤维的制备方法，它选用含有-OH基团的纤维和羧基硫醇为原料，在反应温度为60-90℃的条件下，加入羧基硫醇、纤维素纤维及缩合剂，搅拌反应2-48小时，接着将纤维取出烘干，放置于50-100℃的金属酞菁溶液中回流2-12小时，取出负载有金属酞菁的纤维素纤维，用溶剂反复洗涤纤维至溶液无色，最后80-100℃烘干制得纤维素基仿生催化纤维。另一种纤维素基仿生催化纤维的制备方法，它选用含有-OH基团的纤维和羧基咪唑为原料，在反应温度为60-90℃的条件下，加入羧基咪唑、纤维素纤维及缩合剂，搅拌反应2-48小时，接着将纤维取出烘干，放置于50-100℃的金属酞菁溶液中回流2-12小时。取出负载有金属酞菁的纤维素纤维，用溶剂反复洗涤纤维至溶液无色，最后80-100℃烘干制得纤维素基仿生催化纤维。本专利技术所用的缩合剂是二环己基碳二亚胺(DCC)。所用的溶剂是二甲基亚砜、四氢呋喃、N，N-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纤维素基仿生催化纤维，其特征是：含咪唑或者巯基基团的改性纤维素纤维与与金属酞菁之间通过配位键方式结合，使用的金属酞菁特征具有式1结构，其中：M是铁、钴、镍、锰、铜、铷、锌、铂和钯过渡金属离子；R为‑H、‑NH2、‑Cl、‑F、‑COOH、‑NO2、‑NHCOCH3、‑NHSO3H、‑SO3H中的任意一种；羧基硫醇(HOOC‑R1‑SH)的R1是‑CH2‑、‑CH2CH2‑、‑CH(COOH)CH2‑、‑CH2CH2CH2‑和‑CH2CH2CH2CH2‑中的任意一种；羧基咪唑(HOOC‑R2‑C3H3N2)的R2是‑CH2‑、‑CH2CH2‑、‑CH(COOH)CH2‑、‑CH2CH2CH2‑和‑CH2CH2CH2CH2‑中的任意一种，

【技术特征摘要】
1.一种纤维素基仿生催化纤维，其特征是：含咪唑或者巯基基团的改性纤维素纤维与金属酞菁之间通过配位键方式结合，使用的金属酞菁特征具有式1结构，其中：M是铁、钴、镍、锰、铜、铷、锌、铂和钯过渡金属离子；R为-H、-NH2、-Cl、-F、-COOH、-NO2、-NHCOCH3、-NHSO3H、-SO3H中的任意一种；羧基硫醇HOOC-R1-SH的R1是-CH2-、-CH2CH2-、-CH(COOH)CH2-、-CH2CH2CH2-和-CH2CH2CH2CH2-中的任意一种；羧基咪唑HOOC-R2-C3H3N2的R2是-CH2-、-CH2CH2-、-CH(COOH)CH2-、-CH2CH2CH2-和-CH2CH2CH2CH2-中的任意一种，2.根据权利要求1所述的纤维素基仿生催化纤维，其特征在于所述的纤维素纤维直径在0.2-20μm之间，纤维素纤维形态是长丝状或短纤维状，纤维素纤维是带有-OH基团的纤维。3.根据权利要求1或2所述的纤维素基仿生催化纤维，其特征在于负载的金属酞菁质量百分数为0.08-8％，负载的羧基硫醇或者羧基咪唑的质量分数为0.2-15％。4.一种如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕汪洋，蒋雪梅，李楠，陈文兴，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33