[发明专利]可催化降解4-硝基苯酚的纳米纤维素膜及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种可催化降解4‑硝基苯酚的纳米纤维素膜及其制备方法与应用，制备方法，包括如下步骤：以纳米纤维素为载体，在其表面原位还原并负载纳米零价铁，并依次接枝硅烷偶联剂和胺基；然后，将接枝有胺基的改性纳米纤维素悬浮液与成膜剂、交联剂和湿强剂混合成膜。改性CNF膜对可降解4‑硝基苯酚具有优异的催化降解能力，首次使用时降解率可达91％以上，并且可以在10min内高效的催化降解4‑硝基苯酚，高效的催化降解能力使得本发明的改性CNF膜用量相对传统的化学药品处理4‑硝基苯酚而言，能够显著降低其用量，且降解转化成的4‑氨基苯酚，可以作为精细有机化工中间体被利用。

技术领域

本发明涉及纳米纤维基复合催化剂技术领域，尤其涉及一种可催化降解4-硝基苯酚的纳米纤维素膜及其制备方法与应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

对硝基苯酚(4-NP)作为一种在工业废水中常见的芳香族硝基化合物，因其结构中的硝基、羟基与苯环之间有极强的共轭作用，使得化学键不易断裂，因此具有降解难、毒性大等特点。而其还原产物对氨基苯酚(4-AP)毒性较小，并且是精细化工和药物的重要中间体，可用于生产扑热息痛、对苯二胺类橡胶防老剂、硫化、酸性染料、以及显影剂、抗氧剂、石油添加剂和感光材料等产品。因此，利用还原剂通过化学还原法将4-NP还原为具有高附加值作用的4-AP具有重要的现实价值，但还原过程存在反应周期长、还原剂消耗量大等问题，因此需要添加催化剂降低反应的活化能，提高反应效率。

金属纳米粒子具有一定的催化活性，被广泛应用于有机染料的降解反应，氮氧化合物的还原反应等，是目前十分有前景的催化剂。然而金属纳米粒子的尺寸较小、易团聚、不易回收等问题严重影响了金属纳米粒子在溶液体系中的催化性能。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种可催化降解4-硝基苯酚的纳米纤维素膜及其制备方法与应用。该纳米纤维素膜可以实现对4-硝基苯酚的高效催化降解，同时具有较高的回用率，有利于解决现有方法中降解4-硝基苯酚的化学药品使用量大、催化剂处理效果不理想等问题。

为解决以上技术问题，本发明的以下一个或多个实施例提供了如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种可催化降解4-硝基苯酚的纳米纤维素膜的制备方法，包括如下步骤：

以纳米纤维素为载体，在其表面原位还原并负载纳米零价铁，并依次接枝硅烷偶联剂和胺基；

然后，将接枝有胺基的改性纳米纤维素悬浮液与成膜剂、交联剂和湿强剂混合成膜。

第二方面，本发明提供一种纳米纤维素膜，包括纳米纤维素基体以及负载于纳米纤维素表面的纳米零价铁，纳米纤维素表面接枝有醇胺基。

第三方面，本发明提供所述纳米纤维素膜在催化降解污水中4-硝基苯酚中的应用。

与现有技术相比，本发明的以上一个或多个技术方案取得了以下有益效果：

(1)在CNF表面利用还原剂NaBH₄原位还原负载NZVI，以及接枝改性是在水系条件下进行，使其具有绿色环保、可再生的优点。

(2)改性CNF膜对可降解4-硝基苯酚具有优异的催化降解能力，首次使用时降解率可达91％以上，并且可以在10min内高效的催化降解4-硝基苯酚，高效的催化降解能力使得本发明的改性CNF膜用量相对传统的化学药品处理4-硝基苯酚而言，能够显著降低其用量，且降解转化成的4-氨基苯酚，可以作为精细有机化工中间体被利用。

(3)改性CNF膜可通过去离子水洗涤回收，是一种清洁产品；而且经过多次使用-回收-使用后，对4-硝基苯酚的降解率依然保持在80％以上。

具体实施方式