一种采用纳米建筑学制备钯基复合材料的方法及其在水处理中的应用技术

本发明专利技术公开了一种采用纳米建筑学制备钯基复合材料的方法及其在水处理中的应用。在室温下，将PdAc溶解在TDI中获得PdAc溶液；将所得PdAc溶液逐步加入到H2O/丙酮混合溶液中，然后向反应混合物中加入还原剂，继续搅拌反应，将Pd离子还原为零价Pd

【技术实现步骤摘要】
一种采用纳米建筑学制备钯基复合材料的方法及其在水处理中的应用


[0001]本专利技术属于污水处理
和流动化学领域，涉及一种采用纳米建筑学制备钯基复合材料的方法及其在水处理中的应用，具体可以作为水处理的高效催化转换器应用。

技术介绍

[0002]随着纺织、化工、皮革、采矿和制造业的快速发展，工业废水污染已成为一个重要问题。工业废水中含有多种有毒有机污染物(4
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硝基苯酚(4
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NP)、罗丹明B(RhB)、甲基橙(MO)和亚甲基蓝(MB))和无机(六价铬铬(VI))等29种污染物，已成为严重的健康和环境问题。针对这一问题，人们开发了不同的方法来去除或降解废水中的有机和无机污染物，包括化学沉淀法、过滤、吸附、催化还原和生物处理。在这些方法中，过渡金属纳米颗粒(M
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NPs)在6种合适的还原剂的辅助下，在水相体系中催化将剧毒的有机和无机污染物还原为良性和有价值的产品，由于M
‑
NPs具有良好的催化性能，在过去的7年里得到了广泛的关注，被认为是一种有效的方法。
[0003]毫无疑问，超小尺寸的M
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NPs具有许多优点，如大的比表面积、高的比表面积(S/V)，有时还具有非同寻常的11个小面，可以显著提高其催化性能。M
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NPs的均匀分散和稳定性对其催化活性也有很大影响。然而，M
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NPs通常倾向于聚集和融合在一起，降低其S/V比，导致其活性降低。因此，利用M
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NPs的主要挑战之一是对足够数量的M
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NPs进行充电，并在催化中保持其微小的尺寸。因此，制备细小、单分散、稳定的M
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NPs对于高效催化应用是非常重要的。通常，有两种策略被广泛应用于获得均匀分散的M
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NPs：使用稳定剂屏蔽M
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NPs的外表面以避免其聚集；使用多孔材料作为支撑主体来固定化M
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NPs。此外，反应后胶体M
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NPs的可回收性是一个严重的问题，经常导致M
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NPs在超速离心或过滤过程中严重聚集。通过在固体载体上负载M
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NPs可以克服可回收问题，这种形成的负载型M
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NPs催化剂具有多相催化的优点。然而，在每一批反应后回收和重复使用这两种多相催化剂仍然是低效、繁琐和耗时的。此外，催化剂与反应混合物的分离和重复使用会影响M
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NPs的效率。负载M
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NPs中的磁性官能团可以改善催化剂的分离，但由于涉及到大量的设备，这种处理仍然昂贵。膜支载的M
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NPs也被用于催化修复水体系中的有毒污染物，以克服回收问题，但由于M
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NPs在平板膜上的负载量较低，膜分离系统的效率仍然有限。理想的工业用途是，M
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NPs应该固定在固定的支撑物上，即固定床反应器，以在连续流动的反应中获得最大的可重用性，这是自动化操作的默许。
[0004]流动化学是一项新兴技术，它不仅改善了生产设施，还增强了催化作用，从绿色和可持续发展的角度来看，具有巨大的潜力。在过去的几年里，人们花了很大的精力来设计用于连续流动催化过程的固定床反应器。然而，由于物理流动阻力或催化活性有限，通过固定床的有限通量和催化剂的稳定性不能满足。由于在流动过程中，反应物与催化剂的接触时间较短，要求催化剂具有较高的活性和稳定性，才能获得最大的转化率。因此，要获得性能良好、分散均匀、尺寸微小的M
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NPs，通常要考虑高度多孔的载体和金属
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载体的相互作用。
最近，基于CoFS的Ag
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NPs和Pd
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Fe合金的Fibus1催化剂被用于有机污染物的连续流动还原。然而，COFS的制备过程复杂，产品产率低，金属合金的形成需要苛刻的反应条件，不仅昂贵，而且复杂和繁琐。此外，通过这5个催化体系的流量也被限制在2000LMH左右。因此，开发新的方法来制备具有更高渗透性和活性的新型负载型M
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NPs材料一直是研究的目标。
[0005]在过去的几年里，聚脲(PU)作为M
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NPs载体材料受到了极大的关注。PU的骨架中含有尿素(
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HNCONH
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)官能团，由于其优异的化学和热稳定性、优异的耐磨性和抗水性等特性，长期以来一直被认为是必不可少的材料。从合成的角度来看，PU通常是由二异氰酸酯和二胺聚合得到的。它们也可以通过二异氰酸酯与水反应生成原位胺来合成，这些胺继续与二异氰酸酯的剩余NCO基团反应生成PU。后一种方法在生态上是有利的，避免使用昂贵和有害的胺。PU末端链上的
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HNCONH
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和
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NH2基团能够与M
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NPs进行配位作用，阻止它们的聚结，从而提高它们的稳定性和活性。到目前为止，传统的多步浸渍和随后的还原方法已经被用来制备PU负载的M
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NPs催化剂。然而，这些多步骤方法不仅复杂，而且耗时、繁琐和昂贵。因此，从工业应用的角度出发，简单、一锅法制备具有高渗透性和稳定性的负载型M
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NPs催化剂总是有利的。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对上述现有技术所存在的问题，提供了一种采用纳米建筑学制备钯基复合材料的方法及其在水处理中的应用。本专利技术Pd/PPU杂化复合材料在填充床连续流动催化转化器中渗透通量为21000LMH，污染物降解率>99％，稳定性高，远优于文献报道的结果(>10倍)。因此，这项工作为获得PPU基钯提供了简便的策略，是一种用于连续流动还原废水中有毒污染物的高性能催化剂。
[0007]本专利技术钯基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0008]在室温下，将醋酸钯(PdAc)溶解在甲苯
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2，4
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二异氰酸酯(TDI)中获得PdAc溶液；将所得PdAc溶液逐步加入到H2O/丙酮混合溶液中，然后向反应混合物中加入还原剂，继续搅拌反应，将Pd离子还原为零价Pd
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NPs，过滤收集获得黑色的颗粒状Pd/PPU复合材料。
[0009]进一步地，所述还原剂为NaBH4。
[0010]具体地，将0.20g的PdAc溶解在5.0g的TDI中，制成浓度3.85wt％的PdAc溶液；在30℃搅拌条件下，将PdAc溶液逐渐(5.0mL/h)加入45mL H2O/丙酮(3/7)混合溶液中，加完后搅拌24小时，然后向反应混合物中加入0.02g的NaBH4，继续搅拌反应3h，将Pd离子还原为零价Pd
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NPs；过滤收集黑色的颗粒状Pd/PPU，用丙酮洗涤，在50℃下真空干燥，得到的固体即为目标产物。
[0011]进一步地，将PdAc溶液加入H2O/丙酮混合溶液时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用纳米建筑学制备钯基复合材料的方法，其特征在于：在室温下，将醋酸酯钯溶解在甲苯
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2，4
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二异氰酸酯中获得PdAc溶液；将所得PdAc溶液逐步加入到H2O/丙酮混合溶液中，然后向反应混合物中加入还原剂，继续搅拌反应，将Pd离子还原为零价Pd
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NPs，过滤收集获得黑色的颗粒状Pd/PPU复合材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述还原剂为NaBH4。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于包括如下步骤：将PdAc溶解在TDI中，制成浓度3
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5wt％的PdAc溶液；在30℃搅拌条件下，将PdAc溶液加入H2O/丙酮混合溶液中，加完后搅拌24小时，然后向反应混合物中加入还原剂，继续搅拌反应3h，将Pd离子还原为零价Pd
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NPs；过滤收集黑色的颗粒状Pd/PPU，用丙酮洗涤，在50℃下真空干燥，得到的固体即为目标产物。...

【专利技术属性】
技术研发人员：巴舍尔，王福周，陈敏，谭忱，李超，李佩，高志德，董郑泉，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：