[发明专利]一种壳聚糖包埋钯纳米纤维催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种壳聚糖包埋钯纳米纤维催化剂及其制备方法和应用，该催化剂的纤维直径为500nm～900nm，钯质量百分含量为载体的0.5～3.0％。该催化剂材料制造方法采用如下工艺步骤：配制钯/壳聚糖/聚丙烯酸钠溶液；将钯/壳聚糖/聚丙烯酸钠溶液通过静电纺丝制得壳聚糖包埋钯纳米纤维膜；最后将壳聚糖包埋钯纳米纤维膜在150～250℃交联反应，并用硼氢化钠还原活化。本发明制备的壳聚糖包埋钯催化剂具有催化活性高、回收方便、可重复性能好，是一种优良的非均相钯催化剂。

技术领域

本发明属于化学催化剂制备工艺技术领域，具体涉及壳聚糖包埋钯纳米纤维催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

据统计，目前超过90％的商品化的化学和医药产品都涉及到了催化剂的使用。非均相钯催化剂克服了均相钯催化剂不易分离回收，残留钯污染产物等缺点，是目前钯催化剂研究的热点，而且在工业上也有巨大的应用潜力。甲壳素是从甲壳类动物如虾，昆虫，螃蟹等动物壳中萃取的一种天然聚合物，目前在自然界中的产量仅次于纤维素，而壳聚糖是甲壳素脱乙酰后的产物。壳聚糖链上含有大量的氨基和羟基，可以对金属离子形成很强的络合能力，因此壳聚糖在催化剂制备、金属废水处理等领域都有广泛的应用。

壳聚糖负载钯催化剂主要以下四种形式：粉末，微球和纤维。其中纳米纤维是最有潜力的催化剂载体形式，因为其不仅保持了粉末催化剂载体较大的比表面积，同时其宏观尺寸可以根据需要调整。常规的催化剂制备方法是先制成合适形状的催化剂载体，然后将钯催化剂通过物理或化学吸附在催化剂表面。这类催化剂由于钯催化中心负载与载体表面，可以与反应底物进行充分的接触，从而保持良好的催化活性，但是由于钯离子的还原以及苛刻的反应条件(如高温)往往会降低载体对钯催化中心的物理或化学吸附性能，从而导致钯的簇聚，甚至流失，进而影响其催化性能。近期，有文献报道将钯催化中心包埋于聚乙烯醇薄膜中，或者纳米凝胶中，或者互穿聚合物中，制备的催化剂活性和稳定性都有明显地提高。因此，本专利利用与钯离子具有很强络合作用的壳聚糖作为主体材料，以商品化的聚丙烯酸钠作为共纺试剂和交联试剂，通过静电纺丝制备纳米级别的壳聚糖包埋钯纳米纤维催化剂，表现出了优良的催化活性和稳定性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新的包埋钯催化剂的制备方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案来实现的：

一种壳聚糖包埋钯纳米纤维催化剂，所述催化剂的载体为壳聚糖纳米纤维，壳聚糖纳米纤维的直径为500～900nm；所述催化剂的活性组分为钯，所述钯包埋于壳聚糖纳米纤维内部，钯的质量百分含量为0.5～3.0％。

一种制备壳聚糖包埋钯纳米纤维催化剂的方法，

第一步，配制壳聚糖/聚丙烯酸钠溶液：将分子量为5～100万的壳聚糖和分子量为300～500万的聚丙烯酸钠溶于含有10～30wt.％三氟乙酸、30～60wt.％的乙酸水溶液制成混合物，其中聚丙烯酸钠占混合物质量的3～10wt.％，混合物在40℃下搅拌24小时，得到质量浓度为3.0～5.0wt.％的壳聚糖/聚丙烯酸钠溶液；配制氯钯酸钠水溶液：将质量比为10：7的氯化钯和氯化钠加入水中，配制成钯离子浓度为1.5％的红色氯钯酸钠水溶液溶液；配制钯/壳聚糖/聚丙烯酸钠溶液：将Na₂PdCl₄水溶液加入壳聚糖/聚丙烯酸钠溶液中，使钯在壳聚糖/聚丙烯酸钠溶液的质量比为0.5～3.0wt.％，混合溶液在40℃下搅拌24小时得到淡黄色的钯/壳聚糖/聚丙烯酸钠溶液；

第二步，壳聚糖/聚丙烯酸钠静电纺丝：将钯/壳聚糖/聚丙烯酸钠溶液装入静电纺丝装置的注射器中，进行静电纺丝，得到壳聚糖/聚丙烯酸纳米纤维膜，静电纺丝工艺条件为：注射器嘴内径为0.7～1.2mm，静电纺丝装置外接电压为25kV～30kV，静电纺丝装置的进样流速为为0.5～3.0mL/h，进样针至收集器垂直距离为10～18cm。