[发明专利]一种铜钴双金属/多孔碳纳米纤维复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种铜钴双金属/多孔碳纳米纤维复合材料的制备方法。首先通过静电纺丝的方法制备含有铜盐/钴盐/生物质焦油/聚合物复合纳米纤维；然后将复合纳米纤维高温碳化，制备出铜钴双金属/多孔碳纳米纤维复合材料；最后将该材料用于污水中偶氮染料的降解。该材料不仅能对酸性红1(阴离子偶氮染料)和亚甲基蓝(阳离子偶氮染料)具有很好的催化效果，而且对酸性红1(阴离子偶氮染料)和亚甲基蓝(阳离子偶氮染料)混合溶液也有具有很好的催化效果。该材料在常温常压下就能催化降解偶氮染料，具有制备过程简单、工艺成本低、催化剂用量少、反应速率快、脱色率高、回收方便等优点，能够用于工业废水中偶氮染料的快速降解。

技术领域

本发明属于环境功能材料技术领域，具体涉及一种铜钴双金属/多孔碳纳米纤维复合材料的制备方法和应用。

背景技术

全球水资源污染越来越严重，已经成为广大公民关注的重点。因此需要发明一种催化剂能够快速降解水中的有机污染物。纳米粒子催化剂具有粒径小、比表面积大等特点，能增大与有机污染物的接触面积，增强催化效果。但是由于它的粒径小、表面能大、容易发生团聚，使得催化过程中活性位点降低，因此需要进一步引入如沸石、粘土等基材，将纳米粒子固定，以提高催化剂的催化效果。但是这类催化剂的二维结构限制了电子转移和反应物的扩散，使得催化效果不理想。如过渡金属钴掺杂在气凝胶中能活化过一硫酸氢钾(PMS)，虽然能用于催化降解有机污染物，但是存在降解速度慢、催化剂制备过程复杂等缺点。例如，Peidong Hua等(Peidong Hu,Mingce Long,Xue Bai,Cheng Wang,Caiyun Cai,Jiajun Fu,Baoxue Zhou,Yongfeng Zhou.Monolithic cobalt-doped carbon aerogelfor efficient catalytic activation of peroxymonosulfate in water.Journal ofHazardous Materials.2017,332,195–204)。而通过静电纺丝能得到一维结构的纳米纤维，具有较高的纵横比和比表面积；其次，将静电纺丝得到的纳米纤维高温碳化后和活化，得到活性碳纳米纤维，然后通过溶剂热将纳米粒子负载在活性碳纳米纤维表面，但通过该方法得到的催化剂具有纳米粒子负载不均一、纳米粒子负载量小、重复性差、制备工艺复杂和催化效果不高等缺点。例如，Zhiyuan Yang等(Zhiyuan Yang,Dejun Dai,Yuyuan Yao,LikunChen,Qinbo Liu,Lianshun Luo.Extremely enhanced generation of reactive oxygenspecies for oxidation of pollutants from peroxymonosulfate induced by asupported copper oxide catalyst.Chemical Engineering Journal.2017,322,546–555)，该技术是将氧化铜负载在活性碳纤维的表面，在催化过程中不仅使用温度为55℃，高于环境温度，而且使用的催化剂量大。

为进一步提升催化性能，有研究将含铜盐和铁盐的聚合物溶液，依次进行静电纺丝和碳化处理制备铜铁双金属/碳纳米纤维催化剂；但所得复合催化剂比表面积不高，且大部分活性中心被包裹在碳纤维内部，导致活性位点利用不充分，影响催化效果；且所得催化剂通常得到介孔结构，对低分子量的化合物吸附能力较差，进一步影响其催化效果。针对上述技术问题，进一步探索碳纳米纤维复合材料并优化其微观结构，具有重要的研究和应用意义。

发明内容

本发明的主要目的是提供了一种铜钴双金属/多孔碳纳米纤维复合材料，它以铜盐、钴盐、生物质焦油和高分子聚合物为主要原料，依次进行静电纺丝和碳化处理而成；该复合材料具有较高的比表面积和优异的催化活性，且涉及的制备方法简单、易操作，适合推广应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种铜钴双金属/多孔碳纳米纤维复合材料的制备方法，包括如下步骤：