一种梯度可调高强度防沉积长效催化膜的制备方法、产品及应用技术

本发明专利技术公开了一种梯度可调高强度防沉积长效催化膜的制备方法、产品及应用，涉及复合材料技术领域。本发明专利技术方法包括以下步骤：将纳米金属氧化物催化剂加入到聚丙烯腈或聚苯乙烯的N,N

【技术实现步骤摘要】
一种梯度可调高强度防沉积长效催化膜的制备方法、产品及应用


[0001]本专利技术涉及复合材料
，特别是涉及一种梯度可调高强度防沉积长效催化膜的制备方法、产品及应用。

技术介绍

[0002]良好的生态环境是人和社会持续发展的根本基础，随着现代工业的蓬勃发展以及人们环保意识的不断提升，环境污染问题已经受到越来越多的关注，而有机废水则是环境污染的其中一项重要源头，其有效处理以及对污染后的环境修复已经成为了许多学者研究的课题。基于以上背景，如何实现有机废水的高效绿色净化，提高污染水体修复的经济效益，对实现可续发展具有十分重要的现实意义。湿式氧化法由于其作用条件温和，适用范围广，是工业上处理有机废水的一项重要方法。但受限于催化剂的催化性能，湿式氧化法难以充分发挥其在处理有机废水中的潜力。随着现代技术手段的不断发展，纳米技术已广泛应用于水体污染物的降解以及原位环境修复当中(Advances inWaterResources.2013.JAN.51.104
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122)。近年来，随着有机工业的不断发展，人们开始将研究目光聚集到纳米金属氧化物处理有机废水的应用上来，特别是用传统处理方法无法有效处理的有机废水如多溴联苯醚(PBDEs)(Journal of Hazardous Materials.2011.185(2
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3).958
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969；Journal of Hazardous Materials.2011.193.70
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81)，抗生素(Applied Clay Science.2019.182.105273)，双酚A(Journal of Colloid&Interface Science.2014.436.258
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266)等。尽管纳米金属氧化物具有许多的优势，但是其缺陷也同样突出，成本较高、失活较快、颗粒容易团聚的特性限制了其在工业方面的应用(Chemical Engineering Journal.2011.170(2
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3).492
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497；Chemical Engineering Journal.2011.170(2
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3).482
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491)。研究人员尝试使用不同的改性修饰方法来改善纳米金属氧化物的稳定性和分散性，包括采用双组分系统，引入载体，加入表面活性剂等。其中，引入载体制备纳米颗粒复合载体催化剂被证明可以有效提高催化剂的性能。合适的载体可以使纳米金属氧化物获得更好的催化效果，包括金属及其氧化物如Cu，Ni和Pb等(Applied Catalysis B:Environmental.2011.1
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2.105.128
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135；Chemical Engineering Journal.2016.286.408
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415)，也可以是黏土，分子筛和树脂等其他化合物(Chemical Engineering Journal.2014.244.19
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26；Chemical Engineering Journal.2013.230.166
‑
171；Chemical Engineering Journal.2011.2.171.526
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531)。但以目前的研究成果来看，采用这些方式制备的催化剂成本较高且效果欠佳。
[0003]目前制备纳米颗粒载体复合催化剂的方式主要包括两种，一种是通过离子交换、浸渍法、液相还原法等将纳米金属负载于纤维的表面(Separation and Purification Technology.2017.189.375
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381；NANOSCALE.2021.20.13.9112
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9146)。这种方法制备得到的催化膜活性组分暴露面积大，催化剂与反应物接触效率高，初始催化效果优异，但活性组分易团聚，相互作用力较弱，使用过程中易流失，催化剂稳定性较差。第二种方法是在纤维
的制备阶段将纳米金属包覆于聚合物纤维中(JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A.2013.38.1.11513
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11528)。这种方法制得的催化膜，纳米金属存在于聚合物纤维结构之中，聚合物对纳米颗粒的表面腐蚀起到保护作用，催化膜稳定性较高。但是由于聚合物纤维表面是均匀连续的，纳米金属被包覆其中，反应物与纳米金属之间的反应传质受到影响，导致催化反应效率较低。
[0004]因此，如何使催化膜能同时具备优良的催化活性以及稳定性成为了研究人员需要解决的问题。研究人员考虑制备具有多孔结构的纤维材料，并将纳米金属包覆于纤维中，实现强化传质的目的。往聚合物纤维中添加成孔剂可以使聚合物纤维形成多孔结构，但是成孔剂的加入会影响聚合物的结构和纳米金属的分散，减弱聚合物与纳米金属间的相互作用，且孔的结构、大小、分布难以控制，方法重现性不高(ACS Applied Materials&Interfaces.2012.3.4.1716
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1723)。另外一种常见的方法是表面改性，通过腐蚀、氧化等方法，在聚合物纤维表面形成多孔结构(JOURNAL OF MEMBRANE SCIENCE.2022.643)。但经过表面处理之后，聚合物纤维结构中的基团会发生变化，甚至会使纤维中的纳米金属钝化，降低催化膜的稳定性以及催化效率。此外，研究人员还尝试利用高温煅烧的方法，使聚合物纤维变成多孔碳纤维(Environmental Science:Nano.2017.2.4.302
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306)，但是无法保留聚合物良好的稳定性、延展性，以及与纳米金属间的相互作用力，这不但会降低催化膜的稳定性，还会严重影响催化膜的机械强度。同时，煅烧后获得的碳纤维上孔的孔径往往较大(CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL.2020.379)，无法对纳米金属形成保护作用，造成纳米金属的流失以及催化膜的快速失活。
[0005]总结上述方法，不难发现，目前研究中，制备纳米颗粒复合载体催化剂往往会经历多个步骤，且每个步骤都有可能会使催化剂的结构和性质发生改变，影响催化活性和稳定性，且耗时耗能，效果不佳。因此，需要开发一种新的催化膜的制备方法，以减少催化膜制备步骤，在保持聚合物纤维优良性质的前提下，将纳米金属包覆其中，同时使纤维具备多孔结构，使所制备的催化膜具有较高的反应传质效率，又具有优良稳定性。

技术实现思路

[0006]为解决上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种梯度可调高强度防沉积长效催化膜的制备方法、产品及应用，采用低温一步合成法得到具有多孔结构的催化膜前体膜，之后冷冻干燥得到催化膜，解决了现有技术中制备纳米纤维膜催化剂(催化膜)步骤繁琐、结构难以调控、机械强度低的问题，以及改善了催化膜在有机污染物降解过程中反应效率低下、结构不稳定、使用寿命短本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种梯度可调高强度防沉积长效催化膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将纳米金属氧化物催化剂加入到聚丙烯腈或聚苯乙烯的N,N
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二甲基甲酰胺溶液中混合均匀进行静电纺丝，静电纺丝过程中接收器处于
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190～
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200℃之间，静电纺丝结束后得到的催化膜前体膜进行冷冻干燥处理，得到所述梯度可调高强度防沉积长效催化膜。2.根据权利要求1所述的一种梯度可调高强度防沉积长效催化膜的制备方法，其特征在于，所述纳米金属氧化物催化剂的制备方法包括以下步骤：将乙酰丙酮铁、乙酰丙酮铜、乙酰丙酮铬或乙酰丙酮中的一种在保护气氛下进行沉积，得到纳米金属催化剂前体；将所述纳米金属催化剂前体在空气中焙烧得到所述纳米金属氧化物催化剂。3.根据权利要求2所述的一种梯度可调高强度防沉积长效催化膜的制备方法，其特征在于，所述保护气氛为氮气或氩气；所述沉积具体为：沉积温度200℃～300℃，升温速率5～8℃/min，沉积时间60～90min。4.根据权利要求2所述的一种梯度可调高强度防沉积长效催化膜的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨逸，鲍露露，朱慧祺，许旭辉，王一诺，龙雨茜，徐瑞坤，林浩汶，郑辰洋，
申请(专利权)人：北京师范大学珠海校区，
类型：发明
国别省市：