[发明专利]一种用于化学战剂消解的柔性MgAl2

说明书

本发明涉及一种用于化学战剂消解的柔性MgAl₂O₄纳米纤维膜的制备方法，制备步骤包括：1）将镁源、铝源和晶粒抑制剂依次溶解在对应的溶剂中，先搅拌后加入无机凝胶增稠剂，再继续搅拌获得前驱体溶液；2）采用静电纺丝技术将前驱体溶液纺制成前驱体纤维膜；3）将上述前驱体纤维膜先在氮气或氩气气氛下煅烧，然后继续在空气气氛下进行低温热氧化处理得到柔性MgAl₂O₄纳米纤维膜。本发明制备的MgAl₂O₄纤维材料柔性好，纤维连续性及均匀性好，对化学战剂的消解效率高，在生化防护领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属新材料技术领域，尤其涉及一种用于化学战剂消解的柔性MgAl₂O₄纳米纤维膜的制备方法。

背景技术

化学战剂作为一种大规模杀伤性武器，具有毒性剧烈、作用快、毒效持久、杀伤范围广、防护和救治困难等特点，可在短时间内对人畜和植物造成致命性伤害。常用的化学战剂包括糜烂性毒剂和神经性毒剂，其中糜烂性毒剂的代表为芥子气，神经性毒剂主要有塔崩、沙林、梭曼、维埃克斯等。化学战剂在具有大规模杀伤性的同时，还具有难降解、在环境中存在时间持久等特点。因此，需要对其进行有效降解处理，以减少其在战争、生产和存储过程中所带来的危害。

目前，用于化学战剂降解的催化剂主要包括金属氧化物、多金属氧酸盐、金属有机框架材料等，其中金属氧化物因具有催化活性高、原料来源广泛、制备工艺简单等特性，被广泛应用于化学战剂的降解。将金属氧化物加工成纳米级时，赋予其比表面积大、表面离子数多、表面活性高等特点，可有效提升对化学战剂的催化降解性能。在众多纳米金属氧化物中，MgAl₂O₄纳米材料因其表面具有高度不饱和键和大量离子化自由基基团，可提供活性金属位点与化学战剂发生氧化还原反应，表现出优异的毒剂催化降解性能。然而，当前制备的MgAl₂O₄纳米材料普遍为粉末状，其在使用过程中存在易团聚的问题，使其难以应用于气体过滤器、防护服等领域。为此，科研人员采用支撑物负载的方法将纳米MgAl₂O₄颗粒负载于纤维上，如Ceramics International 41(2015)12504–12508、Fibers and Polymers 16(2015)2121-2129、The Journal of Physical Chemistry B 119(2015)5299-5308、中国专利CN109763204A公开了含MgAl₂O₄碳化硅纤维及其制备方法等。上述文献专利将MgAl₂O₄纳米颗粒分别负载于有机或无机纤维上，虽然在一定程度上解决了纳米颗粒的易团聚问题，但是大量MgAl₂O₄颗粒被包裹在纤维内部，导致其催化位点减少、催化活性降低，不利于化学战剂的高效降解。MgAl₂O₄纳米纤维相比于颗粒具有长径比大、连续性好、集合体结构稳定性高等优点，可有效解决颗粒材料在实际应用中所面临的瓶颈问题。目前，制备无机纳米纤维材料的方法主要包括水热法、溶胶凝胶法、甩丝法、固液气相法和静电纺丝法等，其中静电纺丝法以其制造装置简单、可纺原料范围广、纤维结构可调性好等优点，已成为当前制备无机纳米纤维材料的主要技术之一。