[发明专利]一种微纤复合纳米金属催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种微纤复合纳米金属催化剂及其制备方法和应用，该制备方法的步骤如下：（1）将微纤维、木质纤维素通过湿式造纸法制得微纤复合材料前驱体并干燥；（2）将经过干燥的微纤复合材料前驱体在保护性气体中进行烧结，得到微纤复合材料载体；（3）将载体均匀浸没于含有金属元素的溶液中，将金属元素负载到载体上，然后往溶液中均匀滴加还原剂，持续搅拌，烘干后得到微纤复合纳米金属催化剂。该催化剂可同时发挥纳米金属颗粒以及微纤复合材料的优势，解决了纳米金属颗粒易氧化，易团聚以及难回收的缺点，有利于催化剂在催化方面表现出更加优良的特性。

技术领域

本发明涉及造纸技术领域，尤其涉及一种微纤复合纳米金属催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着现代工业的蓬勃发展，环境污染问题受到越来越多的关注。工业废水作为水环境污染的重要源头之一，其有效处理以及对污染后环境的修复是我国生态文明建设的重要组成部分。目前，纳米技术已广泛应用于水体污染物的降解以及原位环境修复当中。许多研究表明，纳米金属颗粒是一类优秀的催化剂，可以有效处理被污染的的工业废水，在环境修复领域具有巨大的应用潜力（Liu H., et al. Chem Eng J. 2013, 215: 90-95; OCarroll D., et al. Adv Water Resour. 2013, 51: 104-122.）。纳米金属的种类有很多，以纳米零价铁（NZVI）为例，由于其比表面积大，表面反应活性高的优点（O Carroll D.,et al. Adv Water Resour. 2013, 51: 104-122.）吸引了许多学者的关注。尽管纳米金属颗粒具有许多的优势，但是其缺陷也同样突出。较高的制作成本、表面容易氧化、颗粒容易团聚以及难以回收利用的特性限制了其在工业方面的应用（Amir A., et al. Chem EngJ. 2011, 170(2-3): 492-497; Jiemvarangkul P., et al. Chem Eng J. 2011, 170(2-3): 482-491.）。研究人员尝试使用不同的改性修饰方法来改善纳米金属颗粒的稳定性和分散性，包括采用双组分系统（Fang Z., et al. J Hazard Mater. 2011, 185(2): 958-969.）、引入载体（Qiu X., et al. J Hazard Mater. 2011, 193: 70-81）、加入表面活性剂（Chatterjee S., et al. Chem Eng J. 2010, 160(1): 27-32.）等。其中，引入载体制备纳米金属-载体复合的催化剂被证明可以有效提高催化剂的性能，因此载体的选择也是一项关键的因素。

作为一种新型的载体，微纤复合材料最早由美国奥本大学的Tatarchuk教授提出（Tatarchuk B.J., et al. Mixed fiber composite structures high surface area-high conductivity mixtures[P].），并且将其应用于防毒面具的制备及挥发性有机化合物的处理中。微纤复合材料具有许多优点，包括原料可调、高空隙率、高负载量、高机械强度、使用范围广等（Chang B., et al. Chem Eng J. 2006, 115(3): 195-202.）。其独特的三维网状结构可以有效降低固定床反应中的床层阻力，增强传质传热（Yang H., et al.Chem Eng Sci. 2008, 63(10): 2707-2716.）。同时，它还可以减少催化剂的内扩散阻力，提高催化剂的接触效率（Kalluri R.R., et al. Sep Purif Technol. 2008, 62(2):304-316.）。微纤复合材料主要通过湿法造纸技术制备，该方法成本较低且易于规模化生产。