[發(fā)明專利]一種共軛法制備的石墨烯芳香族聚酰胺復(fù)合功能濾料

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110322448.5
• 申請日: 2021-03-25
• 公開（公告）號: CN113058645B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭玉嬰;周銘瑋
• 申請（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號: B01J31/06
• 分類號: B01J31/06;B01J23/34;B01J35/10;B01D53/56;B01D53/86
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 吳姍姍;蔡學(xué)俊

本發(fā)明屬于催化劑材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種共軛石墨烯的聚對苯二甲酰對苯二胺脫硝抗硫功能濾料的制備方法，首先利用十二烷基苯磺酸鈉處理聚對苯二甲酰對苯二胺纖維，在纖維表面形成乳液微球?qū)⑹┖蚉r³⁺、Nd³⁺富集，利用石墨烯和聚對苯二甲酰對苯二胺的共軛效應(yīng)實現(xiàn)石墨烯和纖維的共軛。利用十二烷基苯磺酸親水端對Pr³⁺、Nd³⁺的靜電作用與KMnO₄在聚對苯二甲酰對苯二胺纖維表層發(fā)生氧化還原反應(yīng)形成Mn?Pr?NdO_x催化劑，并牢固結(jié)合在聚對苯二甲酰對苯二胺纖維以及表層石墨烯上。另外，引入的石墨烯后濾料具有更高的比表面積，提供了豐富的活性氧物種和酸位點，更多的表面化學(xué)吸附氧和低價態(tài)錳鐠氧化物。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于石墨烯復(fù)合催化劑及濾料技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種共軛法制備的石墨烯芳香族聚酰胺復(fù)合功能濾料，具體涉及制備石墨烯和功能濾料復(fù)合材料，以及在其表面原位生長一種具有高性能脫硝抗硫功能的Mn-Pr-NdO_x催化劑的技術(shù)。

背景技術(shù)

目前，空氣污染源可以分為固定污染源和流動污染源，其污染源的污染物主要是由于煤炭燃燒而產(chǎn)生，包括了PM_2.5、PM₁₀、二氧化硫、氮氧化物和二氧化氮等，這些氣體會對環(huán)境造成霧霾、酸雨、光化學(xué)煙霧和溫室效應(yīng)等危害。

研究者們觀察到，在某些催化劑中混入少量的石墨烯或者氧化石墨烯可以促進氧化反應(yīng)速率。研究中發(fā)現(xiàn)，在氧化石墨烯催化反應(yīng)中使用H₂O₂作為氧化劑，苯可以被一步氧化為苯酚。研究中使用還原氧化石墨烯做為催化劑，研究了室溫下硝基苯的還原反應(yīng)，實驗過程展示了較高的反應(yīng)活性和穩(wěn)定性。還有實驗表明在氧化石墨烯邊緣不飽和的碳原子或者氧化石墨烯表面的缺陷可能是催化活性的中心。

已商業(yè)化的釩鈦體系催化劑起活溫度高(300℃)，難以在煙氣處理系統(tǒng)末端應(yīng)用，且安裝運行費用較高。因此，經(jīng)濟性高且適用于末端處理的低溫SCR 技術(shù)成為研究人員關(guān)注的熱點。無載體MnO_x-PrO₂催化劑是目前此類報道中低溫SCR活性最高的，溫度在120℃時NO_x可幾乎完全轉(zhuǎn)化為N₂。石墨烯的引入可以提高活性酸位點，引入更多的活性氧物種，產(chǎn)生更多的表面吸附氧，增大比表面積，從而提高催化劑的脫硝效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的是以表層共軛石墨烯的聚對苯二甲酰對苯二胺纖維為催化劑載體，采用原位生長法制備高效的Mn-Pr-NdO_x/rGO@PPTA脫硝抗硫濾料的復(fù)合材料。

本發(fā)明采用技術(shù)方案：

一種共軛法制備的石墨烯芳香族聚酰胺復(fù)合功能濾料的制備方法是在表層負(fù)載石墨烯的聚對苯二甲酰對苯二胺纖維上原位生長具有脫硝抗硫功能的三元催化劑，采用十二烷基苯磺酸鈉處理活化聚對苯二甲酰對苯二胺纖維表層，利用十二烷基苯磺酸鈉形成的乳液微球?qū)⑹┖徒饘訇栯x子富集到聚對苯二甲酰對苯二胺纖維表層，石墨烯和聚對苯二甲酰對苯二胺纖維在共軛作用下形成共軛，最后采用原位生長的方式將催化劑均勻牢固的負(fù)載在聚對苯二甲酰對苯二胺纖維上。

具體制備方法包括：

(1)將1g石墨加入到150mL燒杯中，加入40mL濃硫酸，將其置于水浴鍋室溫攪拌，至充分溶解，向其中每隔10min加0.2g的KMnO₄，總共加入量為5gKMnO₄。

(2)KMnO₄全部加入完畢之后，將水溫升至50℃，攪拌反應(yīng)1h，升高反應(yīng)溫度并分別在65℃、75℃、85℃緩慢滴加8mL、6mL、4mL濃磷酸，并分別在每個梯度溫度反應(yīng)1h。

(3)加入80mL去離子水終止反應(yīng)，將加入去離子水的反應(yīng)液，置于90℃