[发明专利]纤维复合膜催化剂的制备方法及应用

说明书

纤维复合膜催化剂的制备方法，制备步骤如下：首先将纤维素纤维进行羧甲基化处理，引入大量的羧基基团，其次通过浸渍搅拌将金属有机框架MOFs原位合成在纤维上，然后通过微波还原将纳米Ag（Ag NPs）负载分散在MOFs上，最后经过洗涤，抽滤，抄造成形即得到纳米纸基复合膜催化材料；其中Ag纳米粒子的粒径在6～20nm之间，通过与MOFs的协同作用能够实现将废水中对硝基苯酚快速催化降解转化为对氨基苯酚，一次转化率高达99%以上；相比于传统的颗粒催化剂，解决了其回收难的问题，并且催化时间短、效率高，可以作为填料与其他植物纤维混合抄造制备催化膜材料，在处理工业废水领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于纳米复合材料制备和催化降解技术领域，尤其涉及纤维复合膜催化剂的制备方法及应用。

背景技术

随着工业的不断发展，全球范围内，尤其是发展中国家，不断出现严重的水体污染问题。水污染问题成为环境治理工作中首先要解决的问题。含酚废水由于其具有高毒性、难以降解、成分复杂、且在环境中停留时间较长，是造成水体污染的主要来源。以对硝基苯酚为例，其作为主要的医药原料用于生产医药中间体对硝基苯酚醚和一步合成消炎镇痛物对乙酰氨基酚，也是生产农药的原料和生产硝基苯的副产物。因此，含对硝基苯酚的废水主要来源于医药、化工、石油和农业。这类废水具有以下特点：毒性强、致癌、致畸、致突变和难以生物降解等，严重污染水体环境，给人们的生活和身体健康带来严重危害。所以必须经过合理、有效的处理才能进一步的重复利用或排入水体。目前用来催化对硝基苯酚的方法主要有化学氧化法、化学沉淀法、细菌降解处理和吸附法处理，但这些方法通常成本较高而且处理效果差。相比于上述方法，采用金属纳米粒子（如Ag、Au、Pd等）催化剂催化还原对硝基苯酚可以实现对硝基苯酚的快速催化转化，一次转化率高，而且还原产物对氨基苯酚是一种重要的化工原料及有机中间体，能够广泛应用于医药（如扑热息痛等）、抗氧化剂、染料、感光材料以及农药等精细化学品的合成等方面，具有很高的应用价值。但是金属纳米粒子由于比表面积较大，所以容易发生团聚，大大降低了其催化性能。另一方面，很多金属纳米催化剂由于都是颗粒状固体，所以回收难度大，影响其回用性。

公开号为【CN106916110A】的中国专利文献公开了一种利用金属有机框架材料（ZIF-67）负载分散金属纳米粒子 (Pb,Pt,Au) 的方法。首先将无机贵金属酸的水溶液加入到金属有机框架的悬浮液中浸渍，然后加入还原剂搅拌即可。产物中金属纳米粒子被很好的分散在MOFs材料的孔道内，粒径大小为3～4nm左右。该方法步骤简单，显示出MOFs材料对金属纳米粒子具有很好的分散性。但是作为颗粒型催化剂，在回收利用方面还面临很大的挑战。

公开号为【CN106345462A】的中国专利文献公开了一种用介孔纳米碳负载分散金纳米粒子用来催化对硝基苯酚的制备方法，通过将可溶性的碳源与表面活性剂混合，然后加入有机硅和金盐的混合物，搅拌均匀后进行水热反应，过滤、烘干、煅烧后得到催化材料。金纳米颗粒稳定分散在介孔碳球骨架中，粒子大小均一，在催化对硝基苯酚实验中显示了很好的催化性能。但是该方法操作较为复杂，同样的，作为颗粒型催化剂难以实现高效回收。

本发明以纤维素纤维为模板，通过配位化学键作用将MOFs锚定在羧甲基化纤维上，然后通过微波还原法将Ag离子原位还原为纳米Ag粒子，进而负载分散在MOF上。一方面避免了纳米Ag粒子的团聚，另一方面通过纳米Ag和MOFs的协同转移电子作用快速高效的催化转化硝基苯酚。该纳米复合膜催化剂相比于传统颗粒催化剂，回收简便，还可以作为功能填料与其他未改性的纤维素纤维共混抄造制备纸基滤膜催化材料，在处理工业废水领域具有广泛的应用前景。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种纤维复合膜催化剂的制备方法及应用，1）纤维素纤维的羧甲基化处理；2）浸渍法原位合成金属有机框架物（Cu-MOFs）于改性纤维上；3）微波还原将纳米Ag负载分散在MOFs上，解决了金属纳米粒子催化剂易团聚导致催化性能降低的问题，回收简单，催化效率高