[发明专利]用于脱除空气中NOx的多孔PAN基碳纳米纤维及其制备和应用

说明书

技术领域

本发明属于大气污染治理技术领域，涉及用于脱除空气中NOx的多孔PAN基碳纳米纤维及其制备和应用。

背景技术

NOx是氮氮化物的总称，包括NO，NO₂，N₂O等，大气中的NOx绝大部分是NO，高达95％，NO₂含量甚少。NOx的来源主要有固定源如燃煤电厂和移动源如汽车尾气。近年来，随着我国经济高速发展和人们对生活要求的提高，城市汽车数量急剧增加，尽管颁布了严格的法规和采取高效的尾气净化技术，但是汽车排放的尾气对环境污染愈来愈严重。我国一些大型城市的空气的氮氧化物浓度超标，治理NOx已刻不容缓。

为了治理NOx，多年来研发出了各种脱硝方法，如选择性催化还原法(Selective Catalytic Reduction，SCR)，具有低成本和高效率的特点，是目前工业上广泛应用的方法。中国专利CN10056823C介绍了一种采用以Al₂O₃-SiO₂-TiO₂复合溶胶为前驱物制备的SCR脱硝催化剂的方法。但该法主要用于烟气脱硝，适用于高浓度的NOx脱除。对于低浓度NO，由于其反应活性极低，其脱除在技术上相当困难，已有的烟气脱硝技术对大气污染中的NO治理基本无能为力。因此，寻找新的材料或催化剂，开发大气中NOx的脱除技术成为十分关键和迫切的问题。

多孔碳纳米纤维是一种多孔一维纳米材料，具有较大的比表面积和长径比，富含丰富的微孔。与传统活性碳纤维相比，多孔碳纳米纤维的微孔是浅层孔，而且有特殊的纤维结构，具备纳米尺寸效应、表面效应等，因此是优异的催化剂或催化剂载体。中国专利CN101455975A介绍了一种多孔碳纳米纤维负载纳米晶粒催化剂及其制备方法，制备了多孔聚丙烯腈基碳纳米纤维负载纳米晶粒催化剂。但迄今为止，未见有应用聚丙烯腈基碳纳米纤维来脱除低浓度NO的研究。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于脱除空气中NOx的多孔PAN基碳纳米纤维及其制备和应用，利用聚丙烯腈基多孔碳纳米纤维具有比表面积高、微孔丰富、具有含氮官能团等优点，能够对空气中低浓度NO进行充分的吸附与催化氧化，并进而脱除，对当前大气污染治理

具有积极的意义。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种用于脱除空气中NOx的PAN基多孔碳纳米纤维，该多孔PAN基碳纳米纤维的直径范围为50～1000nm，比表面积为200～1200m²/g，具有以微孔为主的多孔结构，所述微孔孔容为0.3～1.0cm³/g。

本发明还提供了所述用于脱除空气中NOx的PAN基多孔碳纳米纤维的制备方法，利用静电纺丝技术，包括以下步骤：

步骤一，将有机盐与聚丙烯腈按照质量比1∶9～5∶5的比例加入到N，N-二甲基甲酰胺中，配置有机盐-聚丙烯腈总浓度为10～15wt％的溶液；

步骤二，在纺丝电压为20～25kV，进液速度为0.5ml/h～1.5ml/h的条件下，将上述溶液纺成纳米纤维；

步骤三，将上述纳米纤维在260～280℃下预氧化1～2小时，然后在800～900℃进行碳化，得到PAN基碳纳米纤维；

步骤四，将上述碳化后的纳米纤维用质量浓度为8～10wt％的盐酸洗涤以除去其中的盐分解产物，再用蒸馏水洗涤，80℃下真空干燥24h，得到PAN基多孔碳纳米纤维。

所述PAN基多孔碳纳米纤维可应用于室温下脱除空气中低浓度NOx，将含有低浓度NOx的空气流过所述PAN基多孔碳纳米纤维，其中所述低浓度NOx是指空气中NO的浓度低于50ppm。

为保证脱除效果，所述含有低浓度NOx的空气的流速为100～400SCCM，反应温度为10～40℃。

所述PAN基多孔碳纳米纤维脱除NOx采用如下测试方法：将PAN基多孔碳纳米纤维在200℃下氮气保护吹扫一定时间，称取一定量(0.05～0.20g)的纤维填入固定床中。固定床直径为6mm，填充高度为15～60mm。低浓度NOx气体由NO标准气、O₂、N₂三种气体配制而成，其流量由质量流量计来控制和调节，混合气总流量为100～400SCCM。经流量计后的三路气体进入混气罐，在混气罐混合均匀后进入固定床进行脱NO反应，固定床的温度通过水浴控制，反应后的气体进入氮氧化物分析仪进行浓度测试。

具体实施方式