[發明專利]一種含納米鈀顆粒的靜電紡復合納米纖維氈的制備方法

有效

• 申請號: 201110259026.4
• 申請日: 2011-09-02
• 公開（公告）號: CN102409531A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 史向陽;黃云鵬;沈明武
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: D06M11/83
• 分類號: D06M11/83;D06M13/123;D04H1/4309;D04H1/4326;D04H1/728;D06M101/24;D06M101/30
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所 31233
• 代理人: 黃志達;謝文凱

技術領域

本發明屬于納米鈀顆粒的制備領域，特別涉及一種含納米鈀顆粒的靜電紡復合納米纖維氈的制備方法。

背景技術

在過去的幾十年中，去除工業廢水中六價鉻污染物的方法通常有物理、化學和生物等方法。具體包括添加凝結劑、還原劑、超濾、電化學方法、吸附以及真菌、微生物和生物質技術等。其中吸附是一種最為高效、經濟的去除污染物的方法之一，然而這些方法存在著重復利用率差，不易回收，容易造成二次污染等缺點。因此，尋找一種比表面積大，可回收利用，又不會造成二次污染的污水處理材料成為擺在科學工作者面前的一個亟待解決的課題。

近年來，金屬納米顆粒因其具有區別于本體材料的獨特物理和化學性質，被廣泛應用于電子學、環境、光催化、成像、催化及生物傳感器等領域。在這些金屬納米顆粒中，納米鈀被證明是最有前景的催化劑之一。但是由于納米顆粒的小尺寸效應、表面效應和高表面自由能的作用，納米顆粒在水體環境中很容易發生團聚。納米鈀顆粒在處理污水的過程中也遇到了同樣的問題，使得納米鈀顆粒的反應活性減小，處理污染物的效率降低。為了得到分散均勻、穩定性好的金屬納米顆粒，許多納米反應器體系如膠束、微乳液、微凝膠、膠質體、樹狀大分子和多層聚電解質等被用來固定化金屬納米顆粒。

紐約州立大學賓漢姆頓分校的Sadik等人2007年采用一鍋法合成納米鈀顆粒，用于催化甲酸還原六價鉻的反應效果顯著，但是分離回收困難，不僅提高了成本而且可能造成土壤和水體的二次污染。基于此，印度中央玻璃陶瓷研究所的Goutam?De等人采用介孔氧化鋁薄膜負載納米鈀顆粒的方法，催化六價鉻的還原，實驗證明，在50℃下反應速率常數能達到約0.085min^-1，反應后的薄膜經過簡單的去離子水沖洗就能進行再次利用，且連續三次的還原反應速率變化不大。

靜電紡絲技術作為一種方便、低成本的納米纖維制備技術，可以制備比表面積大、孔隙率高的納米纖維材料。金屬納米顆粒既可以以靜電紡絲為載體也可以以其為穩定劑，固定在纖維表面和內部，達到防止團聚、不會破壞纖維表面形貌、又可以充分發揮其納米效應的目的。

聚乙烯亞胺是一種高度支化帶正電荷的高分子聚電解質材料，常被用于基因轉移載體、自組裝高分子和組織工程支架等領域。由于其粘性過大，目前尚未有關于純的PEI紡絲的報道。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種含納米鈀顆粒的靜電紡復合納米纖維氈的制備方法，該方法制備的纖維氈，金屬納米顆粒上載率高，納米顆粒在纖維中分布均勻，沒有發生團聚，得到有效固定，從而避免在水環境修復應用中對水體造成二次污染。

本發明的一種含納米鈀顆粒的靜電紡復合納米纖維氈的制備方法，包括：

(1)配制質量比為1～3∶1的聚乙烯醇和聚乙烯亞胺的混合溶液，通過靜電紡絲法制備納米纖維氈，在真空狀態下將納米纖維氈用戊二醛蒸汽交聯18～20h，得不溶于水的靜電紡納米纖維氈，用去離子水漂洗，干燥；

(2)配制濃度為2～5mM的鈀酸鹽溶液和濃度為鈀酸鹽濃度4～6倍的NaBH₄溶液，將上述疏水性靜電紡納米纖維氈浸泡在鈀酸鹽溶液中2～3h，用去離子水漂洗后浸泡于NaBH₄溶液中1～2h，用去離子水漂洗后干燥，即得含納米鈀顆粒的靜電紡復合納米纖維氈。

所述步驟(1)中的聚乙烯醇和聚乙烯亞胺的混合溶液總質量百分比濃度為8～12％。

所述步驟(1)中的戊二醛體積百分比濃度為25％，用量為20～40ml。

所述步驟(2)中的鈀酸鹽為K₂PdCl₄。

所述步驟(1)和(2)中的干燥時間為24～36h。

將上述含納米鈀的復合納米纖維氈加入六價鉻鹽及質量百分比濃度為88％的甲酸中，于50℃水浴條件下攪拌反應20-40min，混合溶液顏色由黃色變為無色。

混合溶液中重鉻酸鉀溶液(3mM)∶甲酸溶液∶去離子水的體積配比＝15∶1.5∶24，纖維氈質量與混合溶液體積之比為0.06mg/ml。

使用SEM(掃描電子顯微鏡)、EDS(能量分散譜)、TEM(透射電子顯微鏡)、TGA(熱重分析)、紅外光譜法和UV-vis表征本發明獲得的含納米鈀的復合納米纖維氈及其催化活性的結果分別如下：

(1)SEM的測試結果