[发明专利]一种纸状梯度多孔微纤复合Co3

说明书

本发明公开了一种纸状梯度多孔微纤复合Co₃O₄催化剂及其MOFs模板制备方法与应用。该方法包括：纸状烧结微纤载体的制备；采用3‑氨基丙基三乙氧基硅烷预处理纸状烧结微纤载体，获得预处理的纸状烧结微纤载体；采用晶种二次生长法在预处理过的纸状烧结微纤载体表面生长MOFs膜；微纤复合MOFs膜材料在空气气氛中煅烧使得生长在纸状烧结微纤载体表面的MOFs膜转化为多孔Co₃O₄。本发明以微纤复合MOFs膜材料为模板在纸状烧结纤维载体表面形成多孔Co₃O₄催化剂，其孔隙率高且可调节，机械强度高，可装填于固定床中强化传质传热、降低床层压降；该纸状梯度微纤复合多孔金属氧化物材料在催化领域有着一定的应用前景。

技术领域

本发明属于微纤复合材料制备和环境功能材料的技术领域，涉及一种纸状梯度多孔微纤复合Co₃O₄催化剂及其MOFs模板制备方法与应用。

背景技术

挥发性有机化合物(VOCs)是造成大气污染的主要物质，工业化和城镇化的快速发展导致排放至大气中的VOCs急剧增加，随之而来的是一系列日益恶化的环境污染问题，极大程度上破坏了生态平衡，制约着社会的可持续发展，同时威胁着人类的身体健康。大量含VOCs组分的废气排放给人们的生活带来了不可忽视的负面影响，因此，开发有效治理VOCs排放的技术刻不容缓。催化燃烧技术是目前应用最为广泛且有效的控制VOCs排放的技术手段，该技术中最为关键的是开发出具备较大的表面积、较多活性位点、较高的稳定性和易再生催化剂。以金属有机骨架化合物为牺牲模板制备得到的金属氧化物催化剂比传统粉末颗粒催化剂具有更大的比表面积、丰富的孔道结构，进而表现出更高的催化活性。

金属有机骨架化合物(MOFs)一直都是热门研究材料，其具有超大的比表面积、规则可调的孔道结构、丰富的活性位点等使得其广泛应用于气体吸附分离、催化、传感等领域。近年来，许多科研人员以MOFs材料为牺牲模板热解制备多孔碳材料/金属氧化物，并将这种方法制备的催化剂应用于VOCs气体的催化燃烧领域。钟金平(公布号CN 111744521 A)等人以将制备的Co-MOF-74颗粒在与沉淀剂加入水中进行水热反应后离心、干燥、煅烧，最后压片得到一定目数的Co₃O₄催化剂机械强度不够，且该催化剂装填于固定床催化燃烧VOCs气体时相对微纤复合材料其床层压降大、传质效率更低。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种纸状梯度多孔微纤复合Co₃O₄催化剂及其MOFs模板制备方法与应用。

本发明的目的针对负载型催化剂的活性组分负载量低、分布不均、团聚等问题和载体不易剪裁、传质传热效率低等不足，提供一种纸状微纤复合多孔Co₃O₄材料的制备方法，得到的梯度多孔微纤复合材料对VOCs具有良好的催化燃烧性能，以实现对VOCs气体排放的有效控制，使得排放的废气符合环保标准。

为实现上述目的，本发明采用纸状烧结微纤为载体，在经过预处理修饰过的载体上采用晶种二次生长法在微纤表面生长MOFs膜，随后通过在空气气氛中高温热解微纤复合MOFs膜材料制备出一种纸状梯度多孔微纤复合Co₃O₄催化剂。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

本发明提供的纸状梯度多孔微纤复合Co₃O₄催化剂的MOFs模板制备方法，包括：纸状烧结纤维载体的制备，纸状烧结纤维载体的预处理(采用3-氨丙基三乙氧基硅烷预处理纸状烧结纤维载体，获得预处理的纸状烧结纤维载体)，MOFs膜在经过预处理的纸状烧结纤维载体表面晶种层的生长、沉积以及进一步生长成膜，纸状梯度多孔微纤复合Co₃O₄催化剂由经过纸状烧结微纤复合MOFs膜材料为牺牲模板高温煅烧制备得到。