[发明专利]一种光热增强降解化学战剂模拟物的纳米核壳复合物及其复合纤维膜的制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种光热增强降解化学战剂模拟物的纳米核壳复合物及其复合纤维膜的制备方法与应用。本发明中的纳米核壳复合物是以光热剂为核、MOFs为壳，其中，光热剂为多巴胺黑色素纳米颗粒，颗粒的直径为150～400nm，MOFs为UiO‑66‑NH₂，纳米核壳复合物为Dpa@UiO‑66‑NH₂，复合物的直径为300～500nm。本发明中的复合纤维膜为上述纳米核壳复合物和助纺剂混合通过静电纺丝过程得到的复合纤维膜，该复合纤维膜为Dpa@UiO‑66‑NH₂/PAN，纤维的直径为0.5～3μm。纳米核壳复合物及复合纤维膜，在NIR激光照射下对CWAs模拟物的降解都展现了大幅度提高的催化效率。

技术领域

本发明涉及一种光热增强降解化学战剂模拟物的纳米核壳复合物及其复合纤维膜的制备方法与应用，属于催化化学领域。

背景技术

当今世界上，化学战剂(Chemical Warfare Agents，CWAs)仍有大量的库存，并且有可能被用于各种冲突中，对人类和环境造成持续的威胁，因此，找到和发展对环境无害的化学战剂净化技术，具有重要的社会意义。目前，人们已经对各种类型的吸附剂和过滤器做了广泛的研究，例如：中国专利文献CN 107584824A公开了一种多功能透气式防毒服面料及其制备方法，该防毒服面料采用多层结构，依次为多功能层、粘合层、吸附层、粘合层、舒适层，其中吸附层主要由活性炭纤维布或毡构成，可吸附有毒气体。然而，活性炭与吸附质之间的相互作用较弱，去除效率低，而且会造成二次毒害，相比之下，人们更希望得到能够捕获和破坏CWAs的自消毒材料。

金属氧化物是已经被广泛研究用于去除化学战剂的自消毒材料，例如，中国专利文献CN101622195A公开了一种金属氧化物纤维的制备方法，用来吸收和降解化学战剂。该方法将金属氧化物负载到聚合物纳米纤维上，通过热处理将金属氧化物纳米纤维功能化，促进对CWAs的降解速率。然而金属氧化物自身的结构性质包括较低的吸附量、较少数目的活性位点以及较差的结构灵活性限制了进一步提高其降解化学战剂效率的可能性。多金属氧酸盐具有丰富的分子和电子结构，可作为氧化、还原和水解催化剂，最近吸引了研究人员将其应用于降解化学战剂的模拟物。例如：中国专利文献CN 107626201A公开了一种两亲性多铌氧簇乳液，利用水合六铌酸盐和有机铵等原料通过阴离子交换方法合成，在常温常压下可同时氧化降解芥子气模拟物和水解神经毒剂模拟物；中国专利文献CN 108559100A公开了一种金属离子引导羧酸配体官能化多酸化合物的制备方法及其在催化降解化学战剂模拟物方面的应用，能够更高效、高选择性的氧化降解芥子气模拟物和水解神经毒剂模拟物。虽然通过对多金属氧酸盐的修饰，降解化学战剂模拟物的速率有了很大的提高，但是依然没有达到人们理想中的降解速率，而且粉末催化在实际应用方面存在一定的限制性。

金属有机框架化合物(Metal-Organic Frameworks，MOFs)是一类由金属节点和有机配体组装形成的高度结晶的多孔材料，在作为用于去除CWAs的吸附剂和催化剂展现出无限的潜力。中国专利文献CN 107362832A公开了一种芥子气(HD)降解材料的制备方法，通过层层自组装将具有光降解HD能力的TiO₂和具有水解降解HD能力的MOFs结合起来，发挥二者的协同作用，提高了对芥子气材料的降解效果，但层层自组装过程耗时且步骤繁琐，并且最终获得的粉末形式的催化剂不利于实际使用。中国专利文献CN 108310982A公开了一种化学战剂自消毒MOFs纤维滤膜及其制备方法，将经过纺丝过程和煅烧过程获得的金属氧化物膜与相应的有机配体和活化酸溶液混合进行水热反应，得到自支撑的MOFs纤维膜，保持了MOFs自身超大的比表面积、卓越的吸附容量和催化性质。然而该纤维膜的制备方法相对复杂苛刻，难于实现规模化，限制了其实际应用。综上所述，开发新颖的通用的手段以显著提高自消毒织物对CWAs的降解性能仍然是当前人们面临的巨大挑战。

发明内容