[發明專利]聚醚砜溫敏催化膜及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201810082547.9
• 申請日: 2018-01-29
• 公開（公告）號: CN108479412B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: 謝銳;郭石菲;褚良銀;駱楓;張磊;劉壯;巨曉潔;汪偉
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: B01D67/00
• 分類號: B01D67/00;B01D69/02;B01D71/68;B01J31/06;B01J35/00;C02F1/44;C02F1/70
• 代理公司: 成都科海專利事務有限責任公司 51202
• 代理人: 郭萍

本發明提供了一種聚醚砜溫敏催化膜及其制備方法與應用，該溫敏催化膜由聚醚砜膜基材以及分布在基材中載納米金屬催化劑的溫度響應性微球組成，載納米金屬催化劑的溫度響應性微球由聚N?異丙基丙烯酰胺微球、位于聚N?異丙基丙烯酰胺微球表面的聚多巴胺涂層以及固定在聚多巴胺涂層上的納米金屬催化劑組成，該催化膜具有中具有胞腔狀孔結構，載金屬催化劑的溫度響應性微球組成主要分布在胞腔狀孔的孔壁面上；該催化膜的通量和催化性能響應溫度的變化而變化，當該催化膜的使用溫度由低于聚N?異丙基丙烯酰胺的體積相轉變溫度轉變為高于聚N?異丙基丙烯酰胺的體積相轉變溫度時，該催化膜的催化反應速率常數會出現突變式增加。

技術領域

本發明屬于溫敏催化膜領域，涉及聚醚砜溫敏催化膜及其制備方法與應用。

背景技術

催化膜是指同時具有催化和分離雙重功能的膜，目前已有的催化膜制備方法主要有以下幾種。(1)將金屬離子吸附到膜載體上，然后加入還原劑如硼氫化鈉將金屬離子還原成金屬單質，該方法制備的催化膜催化劑穩定性不佳，由于催化劑顆粒只在膜表面固定，對催化劑的利用率較低，致使這類方法制備的催化膜的催化速率較低。(2)將金屬離子原位還原到載體上，Patra等制備了一種原位還原銀顆粒陰離子交換膜，在模型反應中，硼氫化鈉與對硝基苯酚的摩爾比率為100:1時，反應速率為0.6min^-1(見S.Patra,A.N.Naik,A.K.Pandey,D.Sen,S.Mazumder,A.Goswami,Appl.Catal.A Gen.2016,524,214.)，該方法主要是將銀顆粒固載在膜表面，形成的催化空間相對較小，對催化劑和膜基材的利用率較低，其催化速率還有待提高。以上方法制備的催化膜都不具有溫度響應性，對于環境變化沒有響應能力，隨著處理工況的變化，催化膜的催化性能不能進行穩定的調控，不能適應外界條件變化始終保持較好的催化性能，而目前也尚未見溫敏催化膜的報道。

基于上述技術現狀，若能提供具有快速顯著溫度響應特性、高催化速率以及催化速率能隨著溫度的變化進行調控的溫敏催化膜，根據待催化轉化污染物的濃度等處理工況的變化來調整處理溫度，使催化膜在不同的工況下都保持較好的催化轉化效果，在保證催化轉化率的同時有效提高廢水的處理量，從而靈活處理實際應用中可能出現的復雜工況。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的之一是提供聚醚砜溫敏催化膜及其制備方法，以有效利用膜基材，形成高效穩定的催化反應空間，同時賦予催化膜溫度響應特性，使其能適應外界條件變化始終保持較好的催化性能，本發明的另一目的是提供聚醚砜溫敏催化膜在廢水催化處理中的應用。

本發明提供的聚醚砜溫敏催化膜，由聚醚砜膜基材以及分布在基材中載納米金屬催化劑的溫度響應性微球組成，載納米金屬催化劑的溫度響應性微球由聚N-異丙基丙烯酰胺微球、位于聚N-異丙基丙烯酰胺微球表面的聚多巴胺涂層以及固定在聚多巴胺涂層上的納米金屬催化劑組成，該催化膜具有中具有胞腔狀孔結構，載金屬催化劑的溫度響應性微球組成主要分布在胞腔狀孔的孔壁面上；該催化膜的通量和催化性能響應溫度的變化而變化，當該催化膜的使用溫度由低于聚N-異丙基丙烯酰胺的體積相轉變溫度轉變為高于聚N-異丙基丙烯酰胺的體積相轉變溫度時，該催化膜的催化反應速率常數呈突變式增加。

上述聚醚砜溫敏催化膜中，膜基材與載金屬催化劑的溫度響應性微球的質量比為(4.25～17):100，隨著載金屬催化劑的溫度響應性微球含量的增加，以及聚醚砜溫敏催化膜中胞腔狀孔結構的增加，聚醚砜溫敏催化膜的溫度響應性越好，應用時可根據實際需要調整金屬催化劑的溫度響應性微球含量以及膜孔結構。

上述聚醚砜溫敏催化膜中，載金屬催化劑的溫度響應性微球所載的金屬催化劑為金屬單質，具體的金屬單質的種類可根據實際應用需求進行確定，通常，載金屬催化劑的溫度響應性微球所載的金屬催化劑可為單質銀、單質金、單質鈀、單質銅或單質鐵。

本發明還提供了上述聚醚砜溫敏催化膜的制備方法，步驟如下：