用于降解室内VOCs的原子级活性位点复合纳米催化纤维的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于降解室内VOCs的原子级活性位点复合纳米催化纤维的制备方法。首先通过浸渍法制备贵金属基原子级活性位点催化剂，然后通过静电纺丝技术将其掺入聚合物纤维中，合成一种复合纳米催化纤维，在保持原子级活性位点催化剂的高催化活性的同时，实现了将原子级活性位点催化剂结合到一种能够保持其自身高催化活性的优异宏观结构中，加强了原子级活性位点催化剂的应用。本方法操作简单、成本较低，合成的复合纳米纤维可以用于合成服装、空调滤网、墙纸等，使得服装、空调、墙纸等在实现原有价值的同时，还可作为一种新颖的空气净化设备，通过常温催化氧化技术实现室内甲醛、苯系物等VOCs的有效控制，提高室内空气质量。

Preparation of atom level active site composite nano catalytic fiber for VOCs degradation

The invention discloses a preparation method of atom level active site composite nano catalytic fiber for degradation of indoor VOCs. Firstly, the noble metal based atom level active site catalyst was prepared by impregnation method, and then it was blended into polymer fiber by electrospinning technology to synthesize a kind of composite nanometer catalytic fiber. While maintaining the high catalytic activity of atom level active site catalyst, it realized the combination of atom level active site catalyst to an excellent macro which can maintain its self height catalytic activity In the structure, the application of atom level active site catalyst was strengthened. The method has the advantages of simple operation and low cost. The composite nanofibers can be used to synthesize clothing, air conditioning filter screen, wallpaper, etc. so that the clothing, air conditioning, wallpaper, etc. can realize the original value, and can also be used as a novel air purification equipment. The effective control of indoor VOCs such as formaldehyde, benzene series and so on can be realized through room temperature catalytic oxygenation technology, so as to improve the indoor air quality.

【技术实现步骤摘要】
用于降解室内VOCs的原子级活性位点复合纳米催化纤维的制备方法
本专利技术属于催化剂
和VOCs污染治理领域，涉及一种具有原子级活性位点的复合纳米催化纤维的制备方法和应用，具体涉及一种贵金属基原子级活性位点复合纳米催化纤维的制备方法及其在常温下催化降解室内VOCs的应用。
技术介绍
随着经济发展与人民生活水平的提高，人们对室内的装修要求也随之增长，大量能产生挥发性有机化合物(VOCs)的建筑材料、涂料等也随着室内装修进入了室内，造成室内空气质量下降。按照GB50325-2010《民用建筑工程室内环境污染控制规范》的定义，室内空气VOCs包括苯、甲苯、乙苯、对(间)二甲苯、邻二甲苯、苯乙烯、乙酸丁酯、十一烷以及其他未知物，它们在常温下可以蒸发的形式存在于空气中。由于新建建筑物密闭性不断提高，建筑内部通风率不足，使得室内VOCs浓度超标，由于VOCs具有较强的毒性、刺激性、致癌性和特殊的气味性，会影响皮肤和黏膜，对人体产生急性损害。因此，发展VOCs高效治理技术具有十分迫切的现实意义。目前，目前大部分家庭解决室内空气异味和装修污染问题主要依赖于空气清新剂及香水、空气净化器、负氧离子、光触媒、活性炭等产品，有的通过室内摆放绿色植物和水果外皮，以及长期开窗通风来达到净化空气的目的。但是仅靠通风和绿植来净化空气，一是治标不治本，二是吸附量很有限。常温催化氧化降解VOCs具有能耗低、安全性高、投资费用低、无二次污染等优势，已经成为了最有前景的工业VOCs降解技术。而室内VOCs的浓度远低于工业VOCs，因此将其应用于室内VOCs的降解应具有更高的降解效率。设计合适的高活性催化剂是实现常温催化的关键。以单个或若干个原子为活性位点的原子级活性位点催化剂是非均相催化的前沿领域，引起了广泛关注。原子级活性位点能够降低氧化反应的活化能，并促进产生高氧化还原电位的活性氧物种，从而在常温常压下加快VOCs氧化反应速率。另外，原子级分散的活性位点催化剂具有极高的原子利用率，能够改善活性位点的均匀性，并能很好地调节活性位点与载体之间的相互作用，具有较高的催化活性和选择性。研究表明，将贵金属原子负载在金属氧化物载体上构筑原子级活性位点催化剂用于常温催化氧化VOCs具有较好的催化性能和降解效果，专利CN106622225A公开了一种用于催化降解VOCs的单原子Au催化剂，具有较高的催化活性和使用寿命；专利CN106807243A公开了一种用于常温降解飞机舱VOCs的Pt单原子催化剂，去除效果较好。但是，如何将这种高催化活性的原子级活性位点催化剂实际应用于去除室内VOCs，是我们面临的一大难题。纳米纤维具有纤维尺寸可控、孔隙率高、比表面积高等优点成为了纳米技术中最有前景的材料而备受关注，已广泛应用于医药、催化、能源等各个领域。专利CN108866820A公开了一种具有特殊功效的静电纺丝纳米纤维，可用于室内空气净化、汽车空气净化、新风系统、医疗、美容保健等各领域。静电纺丝技术是唯一可以实现连续制备且制得纤维直径低至几纳米的技术，具有设备简单、操作容易、性价比高等特点。其原理是注射器中的聚合物溶液或者熔体在外加电场的作用下，克服自身的表面张力，由喷丝针头喷出并形成喷射细流，细流在喷射过程中蒸发或凝固最终在接收装置上形成纤维。目前，通过静电纺丝技术制备的纳米纤维已可应用于汽车空气净化器、空调滤网、口罩、围巾等空气净化产品。而大部分静电纺丝纳米纤维在空气净化方面的应用是利用其较大的比表面积，作为一种过滤或吸附材料，通过吸附空气中灰尘、PM2.5、VOCs等达到空气净化的目的。专利CN108993167A公开了一种复合抗菌静电纺丝纳米纤维膜，可用于口罩用抗菌空气过滤材料。至今，还没有关于将原子级活性位点催化剂与静电纺丝纳米纳米纤维结合用作常温催化降解室内VOCs方面的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种用于常温催化降解VOCs的原子级活性位点的复合纳米催化纤维。首先通过浸渍法制备原子级活性位点催化剂，然后通过静电纺丝技术共纺原子级活性位点催化剂和纺丝聚合物，将催化剂均匀分布在纳米纤维中，合成一种复合纳米催化纤维。本专利技术提供的具有原子级活性位点的复合纳米催化纤维仍保持较高的催化活性，还可应用于制作服装、空调滤网、墙纸等，实现了将原子级活性位点催化剂结合到一种能够保持其自身高催化性能的优异宏观结构中，使室内VOCs得到了有效去除，使室内空气质量得到了改善。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案具体如下：一种用于降解室内VOCs的原子级活性位点复合纳米催化纤维的制备方法，包括以下步骤：1)制备贵金属基原子级活性位点催化剂：将用作催化剂载体的稀土金属氧化物粉末分散到蒸馏水中，加入含有贵金属活性组分的盐或酸溶液，混合后形成第一分散液；然后，超声，用碳酸钠溶液调节pH，搅拌加热直至水分全部蒸干，此时所得沉淀物中贵金属活性原子均匀负载到稀土金属氧化物载体上；将所得沉淀物依次用蒸馏水和无水乙醇分别洗涤，置于烘箱中干燥，最后于马沸炉中煅烧，得到原子级活性位点催化剂；2)制备静电纺丝前体液：将步骤1)所得到的原子级活性位点催化剂置于有机溶剂中，混合后超声分散形成第二分散液；将纺丝聚合物加入到第二分散液中，搅拌加热使纺丝聚合物溶解，然后冷却至室温，得到静电纺丝前体液；3)合成具有原子级活性位点的复合纳米催化纤维：将得到的静电纺丝前体液置于静电纺丝设备的注射器中，利用静电纺丝技术得到负载原子级活性位点催化剂的纳米纤维。4)浸出纺丝聚合物将步骤3)得到的纳米纤维分散到蒸馏水中，水浴下超声，然后在热水中浸泡，以浸出纺丝聚合物。最后置于烘箱中干燥，得到原子级活性位点复合纳米催化纤维。所述步骤1)中稀土金属氧化物载体为TiO2、CeO2、La2O3中的一种；所述的含有贵金属活性组分的盐或酸溶液为H2PtCl6、PdSO4、HAuCl4、AgNO3、RuCl3、Rh(NO3)3、OsCl3或者H2IrCl6中的一种。所述步骤1)中，第一分散液中稀土金属氧化物的质量浓度为0.04～0.4kg·L-1，第一分散液中贵金属与稀土金属氧化物的质量比为1:20～1:200。所述步骤1)中，超声分散20～50min，用碳酸钠溶液调节pH为6～9，于50～100℃下搅拌加热2～6h。所述步骤1)中沉淀物依次用蒸馏水和无水乙醇分别洗涤3～4次，置于80～150℃烘箱中干燥2～6h，最后于350～650℃的马沸炉中煅烧3～4h，得到原子级活性位点催化剂。所述步骤2)中原子级活性位点催化剂与有机溶剂的质量体积比为1:10～1:40，混合后超声分散45～90min，形成第二分散液。所述步骤2)中所述的有机溶剂可以为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜或N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种。所述步骤2)中，将纺丝聚合物加入到第二分散液中，在60～100℃下搅拌加热24～72h使纺丝聚合物溶解，使纺丝聚合物的质量分数为10～30％。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于降解室内VOCs的原子级活性位点复合纳米催化纤维的制备方法，包括以下步骤：/n1)制备贵金属基原子级活性位点催化剂：/n将用作催化剂载体的稀土金属氧化物粉末分散到蒸馏水中，加入含有贵金属活性组分的盐或酸溶液，混合后形成第一分散液；然后，超声，用碳酸钠溶液调节pH，搅拌加热直至水分全部蒸干，此时所得沉淀物中贵金属活性原子均匀负载到稀土金属氧化物载体上；将所得沉淀物依次用蒸馏水和无水乙醇分别洗涤，置于烘箱中干燥，最后于马沸炉中煅烧，得到原子级活性位点催化剂；/n2)制备静电纺丝前体液：/n将步骤1)所得到的原子级活性位点催化剂置于有机溶剂中，混合后超声分散形成第二分散液；将纺丝聚合物加入到第二分散液中，搅拌加热使纺丝聚合物溶解，然后冷却至室温，得到静电纺丝前体液；/n3)合成具有原子级活性位点的复合纳米催化纤维：/n将得到的静电纺丝前体液置于静电纺丝设备的注射器中，利用静电纺丝技术得到负载原子级活性位点催化剂的纳米纤维。/n4)浸出纺丝聚合物/n将步骤3)得到的纳米纤维分散到蒸馏水中，水浴下超声，然后在热水中浸泡，以浸出纺丝聚合物；最后置于烘箱中干燥，得到原子级活性位点复合纳米催化纤维。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于降解室内VOCs的原子级活性位点复合纳米催化纤维的制备方法，包括以下步骤：
1)制备贵金属基原子级活性位点催化剂：
将用作催化剂载体的稀土金属氧化物粉末分散到蒸馏水中，加入含有贵金属活性组分的盐或酸溶液，混合后形成第一分散液；然后，超声，用碳酸钠溶液调节pH，搅拌加热直至水分全部蒸干，此时所得沉淀物中贵金属活性原子均匀负载到稀土金属氧化物载体上；将所得沉淀物依次用蒸馏水和无水乙醇分别洗涤，置于烘箱中干燥，最后于马沸炉中煅烧，得到原子级活性位点催化剂；
2)制备静电纺丝前体液：
将步骤1)所得到的原子级活性位点催化剂置于有机溶剂中，混合后超声分散形成第二分散液；将纺丝聚合物加入到第二分散液中，搅拌加热使纺丝聚合物溶解，然后冷却至室温，得到静电纺丝前体液；
3)合成具有原子级活性位点的复合纳米催化纤维：
将得到的静电纺丝前体液置于静电纺丝设备的注射器中，利用静电纺丝技术得到负载原子级活性位点催化剂的纳米纤维。
4)浸出纺丝聚合物
将步骤3)得到的纳米纤维分散到蒸馏水中，水浴下超声，然后在热水中浸泡，以浸出纺丝聚合物；最后置于烘箱中干燥，得到原子级活性位点复合纳米催化纤维。


2.如权利要求1所述的方法，其特征是所述步骤1)中稀土金属氧化物载体为TiO2、CeO2、La2O3中的一种；所述的含有贵金属活性组分的盐或酸溶液为H2PtCl6、PdSO4、HAuCl4、AgNO3、RuCl3、Rh(NO3)3、OsCl3或者H2IrCl6中的一种。


3.如权利要求1所述的方法，其特征是所述步骤1)中，第一分散液中稀土金属氧化物的质量浓度为0.04～0.4kg·L-1，第一分散液中贵金属与稀土金属氧化物的质量比为1:20～1:200。

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【专利技术属性】
技术研发人员：丁辉，薛凌霄，崔家浩，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12