[发明专利]一种基于刺激响应性微凝胶构筑的智能催化膜及其制备方法和应用

说明书

本申请公开了一种基于刺激响应性微凝胶构筑的智能催化膜及其制备方法和应用，所述智能催化膜的制备方法为：（1）制备具有可逆溶胀/收缩性质的刺激响应性微凝胶；（2）将金属盐溶液加入到微凝胶分散液中，通过原位还原的方法制备纳米金属负载的复合微凝胶；（3）将复合微凝胶分散在去离子中形成分散液，调节分散液pH至2‑5，通过动态过滤的方式将分散液中的复合微凝胶装填于微孔滤膜中；（4）调节适宜的刺激条件使复合微凝胶溶胀而牢固的镶嵌于微孔滤膜中，制得固载有复合微凝胶的智能催化膜。本发明制备的智能催化膜具有结构稳定、催化效率高、可重复使用等特点，可以有效解决贵金属纳米催化剂的高效负载存在的技术难题。

技术领域

本发明涉及催化技术领域，具体涉及一种基于刺激响应性微凝胶构筑的智能催化膜及其制备方法和应用。

背景技术

金属纳米粒子因其粒径小、比表面积大、催化效率高，而在催化领域应用甚广。然而，直接使用金属纳米颗粒面临着严峻的挑战。首先，由于纳米粒子表面能大，金属纳米颗粒在液体中易团聚，降低其有效表面积并增加平均颗粒尺寸，其催化稳定性和重复性常受到很大影响（参见Zhao M , Sun L , Crooks R M . Preparation of Cu Nanoclusterswithin Dendrimer Templates[J]. Journal of the American Chemical Society,1998, 120(19):4877-4878.）。其次，纳米颗粒在反应结束后的分离回收繁琐且昂贵。这使其已不能满足绿色化学和可持续发展的要求。

选择合适的载体用于纳米金属的负载，是防止金属纳米粒子团聚、提高催化剂催化活性的重要手段。目前，常见的纳米金属粒子载体主要有金属氧化物、非金属氧化物、C基载体、聚合物等。如中国专利CN109126784A公开了一种金属纳米粒子/二氧化硅复合催化剂及其制备方法与应用，该方法采用3-氨丙基三乙氧基硅烷对球形SiO₂进行修饰，然后将其与金属纳米粒子复合，制备得到复合型催化剂。然而，由于SiO₂微球尺寸较小（300-600nm），容易团聚，催化剂的使用和再利用仍然是困难。中国专利CN104084189A公开了一种负载纳米金属颗粒的活性炭催化剂及其制备方法，虽然该法易于回收，但是由于存在较大的传质阻力，降低了活性炭内部的纳米金属催化效率。中国专利CN105536869A公开了一种载纳米银杂化微凝胶催化剂的制备方法，杂化微凝胶由PNIPAM微凝胶及其表面的纳米银颗粒构成，纳米银能稳定分散于凝胶内，避免纳米银的团聚，催化剂稳定性好。然而微凝胶在使用过程中依旧无法避免难回收和易损失的问题。