一种柔性自支撑异相芬顿催化剂复合膜及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于无机纳米材料技术领域，公开了一种柔性自支撑异相芬顿催化剂复合膜及其制备方法与应用。本发明专利技术通过将铝源、铁源、铜源和掺杂剂加入溶剂中，搅拌溶解后得混合液，加入酸和纺丝助剂，催化水解，得到溶胶纺丝液；将溶胶纺丝液进行静电纺丝，得到前驱体干凝胶纤维膜；将前驱体干凝胶纤维膜进行分段煅烧，得到柔性自支撑异相芬顿催化剂复合膜。本发明专利技术的柔性自支撑异相芬顿催化剂复合膜可以将芬顿催化剂中活性金属组分均匀固定在纤维上，不仅增加了催化活性位点的数量，也不会造成二次污染，有效避免了传统异相芬顿催化剂的流失和难回收等难题，且该制备工艺简单、成本低廉，具有相当的社会意义和经济价值。相当的社会意义和经济价值。相当的社会意义和经济价值。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性自支撑异相芬顿催化剂复合膜及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于无机纳米材料
，具体涉及一种柔性自支撑异相芬顿催化剂复合膜及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]芬顿催化技术作为一种高效、环境友好的高级氧化技术，具有反应条件温和、操作简单以及成本低廉等优点，由于能够快速产生具有强氧化性的羟基自由基，适用于对环境中难降解有机污染物的深度处理。
[0003]然而，传统的芬顿催化体系通常选择以铁盐作为均相催化剂，主要存在反应体系pH过低(3～5)和产生大量铁污泥的缺点，因而极大地限制了该类催化剂的实际应用。作为替代方法，异相芬顿催化可以最大限度的克服上述缺陷。其最大的特点是将催化的自由金属离子固相化，并且通过负载或掺杂其他金属活性组分(如铜)，进一步提高催化剂的反应活性。然而，相较于均相催化剂，异相芬顿催化剂提供的活性位点数量往往较少，因而其催化活性相对较低(Appl Catal B
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Environ,2021,282:119558.)。此外，异相芬顿催化剂宏观上多为固体粉末状纳米材料，容易相互团聚，因而面临着在催化反应过程中催化剂的损失和难回收的难题，可能对环境造成二次污染，极大地限制其在工程上的广泛应用。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种柔性自支撑异相芬顿催化剂复合膜。
[0005]静电纺丝纳米纤维膜是一种由直径较小的纳米纤维组成纤维膜，膜中存在大量相互连通的开放孔，主要用于制备过滤膜和吸附材料。目前，基于静电纺丝技术制备的柔性自支撑异相芬顿催化剂复合膜并未见相关报道。本专利技术提供的基于静电纺丝技术制备的芬顿催化剂用于环境有机污染物的环境修复，具有适用范围广、安全性高、无二次污染且回收分离方便等特点，这也为难降解有机污染的环境修复提供一种新的策略。相较于悬浮物或者固体颗粒、粉末催化剂，柔性自支撑静电纺丝纤维膜具有操作简单方便，且有效地克服催化剂难回收和二次污染物的难题。此外，组成的纳米纤维具有直径小、开放孔结构，且表面容易功能化等特点，在环境修复中备受青睐。
[0006]本专利技术柔性自支撑异相芬顿催化剂复合膜通过溶胶凝胶法结合静电纺丝技术制备得到，具有优异的机械强度和柔韧性，便于回收和再利用，为拓展芬顿催化剂的应用开辟了新的途径。
[0007]本专利技术另一目的在于提供一种上述柔性自支撑异相芬顿催化剂复合膜的制备方法。
[0008]本专利技术再一目的在于提供上述柔性自支撑异相芬顿催化剂复合膜在环境治理修复领域中的应用，特别是难降解有机污染物的催化降解领域中的应用。
[0009]本专利技术的目的通过下述方案实现：
[0010]一种柔性自支撑异相芬顿催化剂复合膜的制备方法，包括以下步骤：
[0011](1)将铝源、铁源、铜源和掺杂剂加入溶剂中，搅拌溶解后得混合液，加入酸和纺丝助剂，催化水解，得到溶胶纺丝液；
[0012](2)将溶胶纺丝液进行静电纺丝，得到前驱体干凝胶纤维膜；
[0013](3)将前驱体干凝胶纤维膜进行分段煅烧，得到柔性自支撑异相芬顿催化剂复合膜。
[0014]优选的，步骤(1)所述铁源和铜源的质量总和与铝源的质量比为1:10
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1:4；
[0015]优选的，步骤(1)所述掺杂剂与铝源的质量比为1:10
‑
1:40；
[0016]优选的，步骤(1)所述的铜源与铁源的质量比为0.5:1
‑
2:1。
[0017]优选的，步骤(1)所述酸的用量为混合液体积的1～5％；
[0018]优选的，步骤(1)所述纺丝助剂的用量为混合液质量的2
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5％；
[0019]优选的，步骤(1)所述铝源的用量为混合液质量的10～20％。
[0020]优选的，步骤(1)所述的铝源为水溶性铝盐；所述的铁源为有机铁；所述的铜源为有机铜；所述掺杂剂为澜盐；所述纺丝助剂为聚乙烯吡咯烷酮；所述酸为醋酸、盐酸或硝酸中的至少一种；所述溶剂为乙醇水溶液，其中乙醇和水的体积比为2:1
‑
1:2。
[0021]进一步优选的，所述的铝源为氯化铝、异丙醇铝、硫酸铝、硝酸铝中的至少一种；所述的铁源为乙酰丙酮铁、异丙醇铁中的至少一种；所述的铜源为乙酰丙酮铜、异丙醇铜中的至少一种；所述的澜盐包括硝酸澜、氯化澜中的至少一种；所述聚乙烯吡咯烷酮的重均分子量为50
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130w。
[0022]更优选的，所述铝源为氯化铝和异丙醇铝；更优选为质量比为1:2
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1:5的氯化铝和异丙醇铝。
[0023]优选的，步骤(2)所述静电纺丝的工艺条件为：电压为10
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25kV；纺丝液喷出速率：0.5
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1.5mL/h；接收距离：15
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20cm；环境温度：20
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30℃；环境湿度：40
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50％。接收距离指纺丝针头到接收装置的距离。
[0024]优选的，步骤(3)所述的分段煅烧为分两段煅烧，包括在250
‑
300℃保温煅烧1
‑
2h，再升温至600
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800℃保温煅烧1
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4h。
[0025]进一步优选的，所述的分段煅烧为以0.5
‑
1℃/min的升温速率升温至250
‑
300℃保温煅烧1
‑
2h，再以5
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10℃/min的升温速率升温至600
‑
800℃保温煅烧1
‑
4h。
[0026]优选的，步骤(1)所述水解的时间为5
‑
10h。优选在室温下进行。
[0027]优选的，步骤(1)中，先将铝源、铁源、铜源、掺杂剂加入溶剂中，再加入纺丝助剂。所述纺丝助剂加入前搅拌至体系溶液至澄清。
[0028]上述的制备方法制备的柔性自支撑异相芬顿催化剂复合膜。
[0029]上述的柔性自支撑异相芬顿催化剂复合膜在有机物催化降解中的应用。
[0030]本专利技术基于溶胶
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凝胶法结合静电纺丝技术制备一种柔性自支撑异相芬顿催化剂，具有制备工艺简单、成本低廉，便于规模化生产和实际应用。铁铜双金属氧化物是一种常用的芬顿催化材料，有效地解决了传统芬顿催化剂反应体系pH过低以及过氧化氢的利用率过低等难题。与此同时，氧化铝是一种优异的催化剂载体，具有性质稳定和无毒。然而，由于不同金属氧化物的晶体成相温度不同，随着煅烧温度和时间的增加，容易先后形成不同类型的多相晶体，且其晶粒的粒径不断增大和聚集，并沿着不同的方向过渡生长，因而在纳
米纤维内部产生大量的缺陷，导致纤维内应力的集中，纤维强度的显著下降，因而无法得到所需的柔性自支撑材料。考虑到纳米纤维膜的机械强度和柔韧性主要取决于组成的微晶的尺寸和介观结构。本专利技术首先通过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性自支撑异相芬顿催化剂复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将铝源、铁源、铜源和掺杂剂加入溶剂中，搅拌溶解后得混合液，加入酸和纺丝助剂，催化水解，得到溶胶纺丝液；(2)将溶胶纺丝液进行静电纺丝，得到前驱体干凝胶纤维膜；(3)将前驱体干凝胶纤维膜进行分段煅烧，得到柔性自支撑异相芬顿催化剂复合膜。2.根据权利要求1所述的柔性自支撑异相芬顿催化剂复合膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述铁源和铜源的质量总和与铝源的质量比为1:10
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1:4；所述掺杂剂与铝源的质量比为1:10
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1:40；所述的铜源与铁源的质量比为0.5:1
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2:1。3.根据权利要求1所述的柔性自支撑异相芬顿催化剂复合膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述酸的用量为混合液体积的1～5％；所述纺丝助剂的用量为混合液质量的2
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5％；所述铝源的用量为混合液质量的10～20％。4.根据权利要求1所述的柔性自支撑异相芬顿催化剂复合膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的铝源为水溶性铝盐；所述的铁源为有机铁；所述的铜源为有机铜；所述掺杂剂为澜盐；所述纺丝助剂为聚乙烯吡咯烷酮；所述酸为醋酸、盐酸或硝酸中的至少一种；所述溶剂为乙醇水溶液，其中乙醇和水的体积比为2:1
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1:2。5.根据权利要求4所述的柔性自支撑异相芬顿催化剂复合膜的制备方法，其特征在于，所述的铝源为氯...

【专利技术属性】
技术研发人员：章莉娟，黄悦，杨谦，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：