一种铜锰纤维负载分子筛薄膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于复合材料技术领域，具体涉及一种铜锰纤维负载分子筛薄膜及其制备方法和应用。本发明专利技术通过静电纺丝、二次生长法获得的铜锰纤维负载分子筛薄膜具有高表面积、高机械强度，结合分子筛与铜锰的吸附、催化性能，可高效催化降解有机污染物；同时能够有效发挥纳米金属颗粒与分子筛的协同作用，解决纳米金属颗粒易团聚问题，增加纳米颗粒分散性，提高催化氧化活性。化活性。化活性。

【技术实现步骤摘要】
一种铜锰纤维负载分子筛薄膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于复合材料
，具体涉及一种铜锰纤维负载分子筛薄膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着现代工业的蓬勃发展和人们环保意识的不断提升，环境污染问题受到越来越多的关注，而有机废弃物是环境污染中的一项重要源头，石化、化工和室内装饰等行业产生的挥发性有机化合物(VOCs)的排放量日益加剧，其有效处理以及对污染后环境的修复已经成为许多学者研究的课题。
[0003]在各种VOCs处理方法中，吸附法和催化燃烧法具有操作简单、能耗低及净化效率高等优点，在脱除空气中VOCs领域得到广泛的应用。然而，传统固定床吸附器/反应器一般是由颗粒或粉末状吸附剂/催化剂装填而成，对于吸附剂的选择，相对于活性炭吸附剂，分子筛吸附剂具有不易燃、机械强度较高、疏水性较强、良好的热力学及化学稳定性等优势，但沸石分子筛的孔径在0.3～2nm之间，其吸附及催化应用仅限于分子动力学直径在2nm以下的分子。由于孔径的限制，催化过程中很容易产生积碳、堵孔等现象导致催化剂失活，吸附法普遍存在着接触效率低、传质传热阻力大及床层压降大等缺点。
[0004]催化氧化技术是在催化剂的作用下，将VOCs催化氧化分解为CO2和H2O，通常将催化剂活性组分负载在高比表面积的多孔颗粒型载体上(催化剂载体通常是热力学稳定性较高且不具备催化活性的多孔材料)，从而提高催化剂的性能。贵金属成本较高、高温易失活，通过选择合适的过渡金属氧化物催化剂活性组分，可以得到成本较低、活性和稳定性较高的过渡金属氧化物催化剂。但是，目前的催化剂均存在着对VOCs降解效率低的问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种铜锰纤维负载分子筛薄膜及其制备方法和应用。本专利技术的铜锰纤维负载分子筛薄膜对VOCs的降解率高。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种铜锰纤维负载分子筛薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0008]将高聚物、纳米铜、纳米锰、正辛基三甲基溴化铵和N,N
‑
二甲基甲酰胺混合，得到纺丝溶液；所述高聚物包括聚丙烯腈或聚苯乙烯；
[0009]将所述纺丝溶液进行静电纺丝，得到铜锰纳米纤维膜；
[0010]将所述铜锰纳米纤维膜进行第一煅烧，得到煅烧薄膜；
[0011]将所述煅烧薄膜在阳离子聚合物溶液中浸泡后，依次进行洗涤和干燥，得到带正电的薄膜；
[0012]将所述带正电的薄膜在silicalite
‑
1晶种液中浸泡后，依次进行洗涤和干燥，得到带晶种的薄膜；
[0013]将所述带晶种的薄膜与二次生长液晶化后，依次进行洗涤、干燥和第二煅烧，得到
所述铜锰纤维负载分子筛薄膜；所述二次生长液由原料液预晶化得到，所述原料液包括二氧化硅、模板剂和水。
[0014]优选的，所述纳米铜和纳米锰的物质的量比为1:0.5～8。
[0015]优选的，所述纺丝溶液中高聚物的浓度为50～300g/L。
[0016]优选的，所述高聚物与金属的质量比为3:1～2，所述金属包括纳米铜和纳米锰。
[0017]优选的，所述第一煅烧的温度为500～600℃，时间为4～8h。
[0018]优选的，所述第二煅烧的温度为400～600℃，时间为2～6h。
[0019]优选的，所述预晶化的温度为100～200℃，时间为12～36h。
[0020]优选的，所述silicalite
‑
1晶种液由四丙基氢氧化铵、水和乙醇的混合物在50～150℃晶化12～36h得到。
[0021]本专利技术还提供了上述技术方案所述的制备方法得到的铜锰纤维负载分子筛薄膜，包括分子筛和铜锰纤维膜，所述分子筛负载在铜锰纤维膜表面。
[0022]本专利技术还提供了上述的铜锰纤维负载分子筛薄膜在降解有机污染物领域中的应用。
[0023]本专利技术提供了一种铜锰纤维负载分子筛薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0024]将高聚物、纳米铜、纳米锰、正辛基三甲基溴化铵和N,N
‑
二甲基甲酰胺混合，得到纺丝溶液；所述高聚物包括聚丙烯腈或聚苯乙烯；
[0025]将所述纺丝溶液进行静电纺丝，得到铜锰纳米纤维膜；
[0026]将所述铜锰纳米纤维膜进行第一煅烧，得到煅烧薄膜；
[0027]将所述煅烧薄膜在阳离子聚合物溶液中浸泡后，依次进行洗涤和干燥，得到带正电的薄膜；
[0028]将所述带正电的薄膜在silicalite
‑
1晶种液中浸泡后，依次进行洗涤和干燥，得到带晶种的薄膜；
[0029]将所述带晶种的薄膜与二次生长液晶化后，依次进行洗涤、干燥和第二煅烧，得到所述铜锰纤维负载分子筛薄膜；所述二次生长液由原料液预晶化得到，所述原料液包括二氧化硅、模板剂和水。
[0030]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0031]本专利技术研发了一种新型铜锰纤维负载分子筛薄膜材料的制备方法，采用静电纺丝技术，将纳米铜、纳米锰制备成具有高比面积、高孔隙率的铜锰纳米纤维膜，再将分子筛负载在铜锰纤维膜表面，既能够发挥分子筛多孔、吸附性能好的特点，又能够发挥铜锰纤维膜高催化效率的优点，对VOCs的降解率高。本专利技术对实现有机废弃物的高效绿色净化，提高环境污染修复的经济效益，实现可续发展具有十分重要的现实意义。
[0032]本专利技术制得的铜锰纤维负载分子筛薄膜材料，将纳米铜、纳米锰制成铜锰纤维膜，相较于单纯的铜锰复合金属氧化物做催化剂具有易回收、分散性好的优势，相较于直接向分子筛上负载铜、锰，铜锰纤维膜可以负载更多的铜、锰氧化物，能够有效提升催化效果。
[0033]同时，本专利技术将高聚物(聚丙烯腈、聚苯乙烯)与催化剂前体(纳米铜、纳米锰)相结合，利用有机纳米纤维高孔隙率和高渗透性的优势，有效发挥纳米铜、纳米锰与高聚物材料载体的协同效应，解决了纳米铜、纳米锰容易团聚的问题，充分发挥其催化性能，减少纳米颗粒浸出。
附图说明
[0034]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0035]图1为实施例1的铜锰纤维负载分子筛薄膜微观形貌图。
具体实施方式
[0036]本专利技术提供了一种铜锰纤维负载分子筛薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0037]将高聚物、纳米铜、纳米锰、正辛基三甲基溴化铵和N,N
‑
二甲基甲酰胺混合，得到纺丝溶液；所述高聚物包括聚丙烯腈或聚苯乙烯；
[0038]将所述纺丝溶液进行静电纺丝，得到铜锰纳米纤维膜；
[0039]将所述铜锰纳米纤维膜进行第一煅烧，得到煅烧薄膜；
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铜锰纤维负载分子筛薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将高聚物、纳米铜、纳米锰、正辛基三甲基溴化铵和N,N
‑
二甲基甲酰胺混合，得到纺丝溶液；所述高聚物包括聚丙烯腈或聚苯乙烯；将所述纺丝溶液进行静电纺丝，得到铜锰纳米纤维膜；将所述铜锰纳米纤维膜进行第一煅烧，得到煅烧薄膜；将所述煅烧薄膜在阳离子聚合物溶液中浸泡后，依次进行洗涤和干燥，得到带正电的薄膜；将所述带正电的薄膜在silicalite
‑
1晶种液中浸泡后，依次进行洗涤和干燥，得到带晶种的薄膜；将所述带晶种的薄膜与二次生长液晶化后，依次进行洗涤、干燥和第二煅烧，得到所述铜锰纤维负载分子筛薄膜；所述二次生长液由原料液预晶化得到，所述原料液包括二氧化硅、模板剂和水。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纳米铜和纳米锰的物质的量比为1:0.5～8。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纺丝溶液中高聚物...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨逸，刘敏怡，游昕曈，林浩汶，
申请(专利权)人：北京师范大学珠海校区，
类型：发明
国别省市：