[发明专利]一种膜催化用镍纳米纤维膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种膜催化用镍纳米纤维膜及其制备方法，属于催化剂制备领域。

背景技术

现代工业发展产生了大量的污水，其中含有大量有害的物质。例如对硝基酚是一种有毒污染物，通过催化将其变为对氨基酚可用于制药及化工领域，实现变废为宝。镍是一种将对硝基酚加氢还原成对氨基酚的重要催化剂。此外，在氢气制备及纳米碳材料合成等方面，将镍作为催化剂也是一种常用而有效的手段。镍催化剂包括两类：一类是非负载型催化剂，主要有骨架镍和纳米镍颗粒，另一类是负载型催化剂，所用的载体主要是中孔碳、MCM-41、分子筛、SiO₂、Al₂O₃等粉末和颗粒。负载型催化剂因其高的比表面积，使得单位质量催化剂的催化效率大大提高，从而较得到了广泛的重视和应用。

比如中国专利公开号CN1903430A，公开日为2007年1月31日，公开了一种将纳米镍负载在离子交换树脂的制备方法，可以制备一种非均相镍纳米颗粒，该方法制备的纳米镍颗粒粒径均匀，催化活性高，回收方便，可以重复利用。

上述举例的不足之处在于：同绝大部分现有负载相同，离子交换树脂的孔隙率低，从而导致所负载的纳米镍的催化效率依然不够高；此外，离子交换树脂种类依赖于使用环境，以这种材料做负载，使得负载型催化剂的使用过程复杂。

纳米纤维是一种超细纤维，具有比表面积大、长径比大且易于成膜。在成膜后具有小的孔径及大的孔隙率，为纳米金属催化剂提供了优良的支撑载体。二者结合形成膜催化剂，从而使催化剂能有效的与反应物分子接触，显示出很高的催化活性。此外，利用具有特定孔结构的膜催化剂使得目标产物迅速离开反应区域，抑制副反应的产生，从而实现高选择性的催化过程。

比如中国专利公布号CN104353497A，公开日为2015年02月18日，公开了一种NiB/PVDF纳米纤维催化剂的制备方法，该方法借助于静电纺技术将NiB负载于静电纺纤维上，得到了NaBH₄水解制氢催化用较高活性的纳米纤维催化剂，解决了NiB这种非晶态材料在催化反应中分散性不好，易团聚的弊端；此外，催化剂载体为纳米纤维，具有大的比表面积，提高了催化反应的反应速率。

上述举例的不足之处在于：NiB颗粒与PVDF纳米纤维通过共混结合，难以避免被高聚物包袱，从而大大降低了暴露在表面的NiB颗粒的数量和有效催化面积；此外，静电纺丝方法所制纳米纤维的产量低下，难以实现规模化生产。

综上所述，现有制备方法均难以实现负载型镍基催化剂的高活性、高效催化功能以及宏量制备，亟待相关新技术的出现。

发明内容

针对上述存在不足，本发明的目的在于提供一种膜催化用镍纳米纤维膜及其制备方法，该方法工艺简单、生产成本、易于实现规模化制备。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种膜催化用镍纳米纤维膜，其特征在于，它由热塑性聚合物纳米纤维膜及化学沉积在热塑性聚合物纳米纤维表面的镍纳米薄膜组成，各组份按以下质量百分比：

热塑性聚合物纳米纤维膜14～75％

镍纳米薄膜25～86％；

所述热塑性聚合物纳米纤维膜中热塑性聚合物为PVA-co-PE(聚乙烯醇-乙烯共聚物)或PP(聚丙烯)或PA(聚酰胺)或PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)或PTT(聚对苯二甲酸丙二醇酯)或PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)或PU(聚氨酯)中的一种。

一种膜催化用镍纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)制备热塑性聚合物/醋酸丁酸纤维素复合材料，按热塑性聚合物与醋酸丁酸纤维素的质量百分比为：热塑性聚合物5～40％、醋酸丁酸纤维素60～95％，进行均匀混合，在加工温度为140～240℃的双螺杆挤出机中进行挤出、造粒，制备得到热塑性聚合物/醋酸丁酸纤维素复合材料；

2)将经步骤1)得到的热塑性聚合物/醋酸丁酸纤维素复合材料经熔融纺丝机进行牵伸，纺丝，得到复合纤维；

3)将经步骤2)得到的复合纤维在30-80℃的丙酮中回流72-120小时萃取醋酸丁酸纤维素，将萃取醋酸丁酸纤维素后的复合纤维进行常温干燥，制备得到直径为50～500nm的热塑性聚合物纳米纤维；