一种高效稳定磁性纳米纤维膜、制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种高效稳定磁性纳米纤维膜、制备方法及其应用，属于复合材料技术领域，所述制备方法，包括以下步骤：将聚丙烯腈或者聚苯乙烯、零价纳米铁颗粒和正辛基三甲基溴化铵溶于N,N

【技术实现步骤摘要】
一种高效稳定磁性纳米纤维膜、制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及复合材料
，特别是涉及一种高效稳定磁性纳米纤维膜、制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]随着工业化、现代化的快速推进，人们所面临的水环境污染越来越严重，对已污染水体的保护与修复迫在眉睫。其中，对于工业废水的处理问题也愈加显得举足轻重。其中，工业有机废水是指一类含有碳水化合物、蛋白质、脂质等成分的工业污水，其主要来自于化工、制药等工业生产。直接排放有机污水将对生态环境造成极大破坏，严重威胁当地生物和人类的生存。有机废水由于其成分复杂(比如氯代，卤代脂肪族，硝酸盐，硝基芳香族碳，酚类等)、毒性大、难以沉降的特点，给污水净化处理过程带来了诸多困难。目前现有的有机废水处理工业技术往往普遍存在着能耗大，流程复杂，效率低下的问题，因此，研发出一种高效、低能耗、操作简单、且处理成本低廉的有机废水处理工艺流程至关重要。
[0003]现行有机废水的主要处理技术有吸附、生物处理、高级氧化等(Journal of Environmental Management.2016.177.341
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355)。在这些技术中，生物降解虽然有着极低能耗，绿色环保的优点，但其降解时间长、生物抗药性等缺点亦十分突出。Fenton氧化作为高级氧化法(AOPs)的一种，因为其反应条件温和，去除效率高、适用对象广且具有很强的破坏难降解有机物化学键的能力(Environmental Processes.2017.4(1),283
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302)，而被广泛的应用于目前的工业有机废水的处理之中。Fenton氧化是指在紫外光(UV)或Fe
2+
催化下，氧化剂(H2O2，O3等)产生羟基自由基，由于羟基自由基具有高氧化电位，因而能与多种有机物作用使之降解。此外，有研究表明，通过引入磁场(MFs)强化处理污水的方法，在高级氧化工艺方面表现出良好的效果，可以有效提高污水处理工艺的效率、减低能耗，具有环境友好的特点。弱磁场(WMF)可以加快nZVI类Fenton反应生成亚铁离子，从而促进污染物的降解。Du等发现WMF可以增强Fe0/H2O2体系对磺胺甲恶唑(SMX)的去除，并表明WMF没有改变活性氧种类，但加速了铁的溶解(Comptes Rendus Chimie.8(6).963
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970)。Fu等发现了WMF能有效增强沸石负载的纳米零价铁z
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nZVI/PMS降解酸性橙7(AO7)，z
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nZVI/PMS/WMF工艺与z
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nZVI/PMS工艺相比，在pH＝3时对AO7的去除率提高了25％，降解率提高了2
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3倍。实验结果表明WMF促进了铁的溶解，进而加速了O2·
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的生成，提高了反应活性(Separation and Purification Technology.230.115886)。
[0004]在高级氧化法中催化剂是影响催化氧化效率的关键因素之一，它的种类、形态、用量、使用方式均对催化效果有着重要的影响。铁具有相对无毒、环境友好，比其它过渡金属更具成本效益的特点(Water Research.2009.43(3).684
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694)，因此是作为催化剂的良好选择。目前，铁基催化剂已被广泛用于水体净化研究。在铁基催化剂中Fe
2+
无疑是Fenton氧化体系中的一类良好催化剂，但Fe
2+
在一定的pH范围内会生成氢氧化物。因此研究人员逐渐将目光放在Fe0上。Fe0在与过氧化氢发生化学反应时，被认为是Fe
2+
的一个连续、缓慢的释放源，利用Fe0作为Fe
2+
来源的已经有广泛的研究，通过体系中Fe
2+
的不断循环可以有效避免
单独的Fe
2+
体系所存在的弊端，而纳米级别Fe0的更高表面积增加了激活过氧化氢的能力，具有更高的反应活性。原始的nZVI粒子虽然具有较高的比表面积和丰富的活性表面位点，但其在有机物污染水体的原位和非原位修复中的可操作性较差。因此通过在改性后的nZVI粒子表面包覆有机稳定剂，可以增强nZVI粒子的空间位阻和静电斥力。多孔材料支撑的nZVI颗粒具有较大的比表面积和间隙结构，可以提供更稳定的加载位置，避免nZVI颗粒形成被动层和团聚的问题。在现有研究中，Weng等制备了膨润土负载的Fe/Ni(B
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Fe/Ni)纳米颗粒，对水中阿莫西林的去除率达94％以上(Colloids and Surfaces A Physicochemical and Engineering Aspects.2014.443.404
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409)。Bonaiti等成功制备了碳包覆的nZVI颗粒，并在去除水中重金属污染物方面的取得一定已在表明碳包覆的nZVI颗粒在水体修复方面具有巨大的潜力(IOP Conference Series Earth and Environmental Science.2017.64(1).012070.)。但采用这些方式制备的催化剂成本较高且制备工艺繁琐，因此如何在降低制作成本的同时提高催化剂的活性则成为本专利技术的重点。
[0005]提高催化活性的一种可能是提高其比表面积，而静电纺丝制造纳米纤维是一种极富有潜力的方法。静电纺丝是指在高压电场的作用下，聚合物溶液或者熔体带电，在喷头末端形成悬垂的锥状液滴。当液滴表面的电荷斥力超过其表面张力时，在液滴表面就会高速喷射出聚合物微小液流体，简称“射流”。这些射流在一个较短的距离内经过电场力的高速拉伸、溶剂挥发与固化，最终沉积在接受电极上，形成直径在纳米级别的聚合物纤维膜。构成膜的静电纺丝纤维具有比表面积大、孔隙率高、纳米纤维的孔径分布可控、传质阻力小，有利于催化剂负载的优势。此外，热致相分离(TIPS)技术可以进一步提高构成膜的电纺纤维的比表面积。在TIPS过程中，聚合物膜在较低温度侧形成较小的孔，在较高温度侧形成较大的孔。这使得通过静电纺丝与TIPS结合形成纤维膜外表面富含小孔，内部形成大孔的高比表面积纤维成为可能。但是，零价纳米铁与有机高聚物材料载体相结合会大大降低材料的磁性，从而降低其在外加弱磁场下的催化性能。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种高效稳定磁性纳米纤维膜、制备方法及其在弱磁场中高效降解有机污染物的应用，以解决现有的制备磁性纳米纤维膜催化剂中步骤繁琐，磁性强度低，难以回收利用等问题。本专利技术制备出的磁性纳米纤维膜具有高比表面积、高孔隙率、高机械强度、高磁性的特点，有效发挥了零价纳米铁与有机高聚物材料载体的协同效应，解决催化剂表面容易氧化以及颗粒容易团聚的问题，增强磁性纳米纤维膜的催化活性，提升有机废水处理工艺的效率。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0008]本专利技术提供一种高效稳定磁性纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
[0009]将本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效稳定磁性纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将聚丙烯腈或者聚苯乙烯、零价纳米铁颗粒和正辛基三甲基溴化铵溶于N，N
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二甲基甲酰胺中，混合均匀得到纺丝溶液，进行低温静电纺丝，静电纺丝过程中接收器处于
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196～
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180℃之间，静电纺丝结束后得到的纤维膜进行真空干燥处理，得到所述高效稳定磁性纳米纤维膜。2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述聚丙烯腈的平均分子量为200000～300000，聚苯乙烯的平均分子量为40000～50000。3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，在纺丝溶液中：聚丙烯腈或聚苯乙烯的浓度为100～350g/L；零价纳米铁的质量与所述聚丙烯腈或聚苯乙烯的质量比为1～3:3～4；正辛基三甲基溴化铵为1～2mmol/L。4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨逸，朱慧祺，许旭辉，鲍露露，徐瑞坤，龙雨茜，郑辰洋，林浩汶，王一诺，刘敏怡，李蓥，游昕瞳，
申请(专利权)人：北京师范大学珠海校区，
类型：发明
国别省市：