[发明专利]一种二氧化锰负载型催化剂的制备方法

说明书

本发明涉及一种纳米纤维负载型二氧化锰催化剂的制备方法，它是由静电纺丝制备出树枝结构聚偏氟乙烯纳米纤维膜之后，在其表面负载一层二氧化锰所得，其特征包括1)纺丝液的配置，2)静电纺丝，3)水热生长二氧化锰三个步骤。本发明制得的纳米纤维负载型催化剂具有较高催化活性和较强的循环使用性，在染料催化降解领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种二氧化锰负载型催化剂的制备方法，具体涉及结合静电纺丝技术和水热生长制备一种多尺度聚偏氟乙烯(PVDF)纳米纤维膜负载片状二氧化锰(MnO₂)的催化剂的制备方法，属于功能高分子纤维技术领域。

技术背景

随着现代工业的快速发展，染料、杀虫剂和药物等有机污染物向环境尤其是水体中的排放量日益增加，对自然环境和人体健康造成严重的威胁。当前，在纺织和食品等行业中使用的有机染料，因其具有非生物降解性、高毒性和致癌性成为环境污染的主要来源。因此，开发一种高效的技术将这些有害物质转化为良性物质，进而削弱其对环境的危害是十分必要的。

传统的水处理技术通常采用生物降解法和吸附法将有机污染物从水体中去除。然而，生物降解工艺通常比较缓慢，并且对有毒污染物的去除效果较差。另外，尽管吸附法可以将污染物从水体中吸附到吸附剂中，仍需进一步处理才可以将其去除。而先进的光催化氧化技术可以降解水中难降解的有机污染物，从根本上减轻其对环境的人体的伤害。

光催化剂的种类有很多，但是大多数光催化剂对紫外光范围具有较强的吸附性，而对可见光的吸附很差，进而对太阳能利用率很低。MnO₂作为一种半导体材料，具有窄的能隙和较高的比表面积，可以被可见光激活，而在光催化领域得到了广泛关注。。然而，纳米MnO₂具有较高的表面能，在催化过程中易团聚，且很难从溶液中分离出来，从而限制了其在实际废水处理中的应用。为了解决这一难题，可以将纳米MnO₂负载在基体上。

静电纺纳米纤维膜具有较大的比表面积，使其成为一种理想的纳米MnO₂负载材料。本发明探讨出一种多尺度结构PVDF纳米纤维膜负载MnO₂的催化剂的制备方法。通过该方法制备的催化剂因其具有较大的比表面积和MnO₂纳米片的均匀负载，使其具有优异催化性能。下面是具体的发明内容。

发明内容

本发明涉及一种多尺度结构PVDF纳米纤维膜负载MnO₂的催化剂的制备方法，采用本发明的技术方案能够制备出一种高效光催化性能的催化剂，因其多尺度结构能够提供较大的比表面积，多壁碳纳米管(MWCNTs)的引入能够使 MnO₂纳米片均匀的生长，进而赋予该催化剂高的光催化活性。本发明所制备的多尺度结构PVDF纳米纤维膜负载MnO₂的催化剂在染料催化降解领域具有广阔的应用前景。

本发明所述的多尺度结构PVDF纳米纤维膜负载MnO₂的催化剂的制备方法，其特征在于，包括：

(1)纺丝液的配置：将一定量MWCNTs粉末加入到N，N-二甲基甲酰胺 (DMF)溶剂中，超声分散0.5h；然后将一定量丙酮、PVDF粉末和一定量四丁基氯化铵加入到上述溶液中，不断搅拌至完全溶解，配制出浓度为15-20％的 PVDF溶液，其中，MWCNTs占纺丝液0.1～0.5％，质量四丁基氯化铵占纺丝液质量1～3％；

(2)静电纺丝：将上一步纺丝液超声0.5h，然后采用静电纺丝法进行纺丝，纺丝电压为35kV，接收距离为15cm，供液速率为0.5mL/h，制得多尺度结构 MWCNTs掺杂PVDF纳米纤维膜；