[发明专利]一种纳米纤维编织的碳化甲壳素微球负载纳米金属催化剂的制备及其在染料降解中的应用

说明书

本发明公开了一种纳米纤维编织的碳化甲壳素微球负载纳米金属催化剂的制备及其在染料降解中的应用，涉及催化降解技术领域，为解决现有甲壳素材料难溶解、纤维球状3D微球结构经高温处理遭到破坏的问题及其在染料降解高活性和稳定性的应用。包括步骤一、使用市面上买来的虾壳、蟹壳进行甲壳素预处理；步骤二、利用甲壳素前驱体进行甲壳素溶液的制备；步骤三、将甲壳素溶液通过乳化法制备出甲壳素微球；步骤四、利用甲壳素纳米纤维微球高温碳化得到甲壳素纳米纤维碳球；步骤五、将醋酸钯溶液滴加在甲壳素纳米纤维碳球丙酮溶液中，利用还原剂硼氢化钠进行活化还原反应，得到甲壳素基Pd/NCM催化剂。

技术领域

本发明涉及催化降解技术领域，具体为一种纳米纤维编织的碳化甲壳素微球负载纳米金属催化剂的制备及其在染料降解中的应用。

背景技术

随着社会的发展、经济的提高和城市化进程的加快，世界范围内的水污染问题日益严重。工业废水的随意排放是水质恶化的最大恶性来源，如造纸废水、纺织印染废水、染料废水、化肥废水等，沉积在水体底部，部分形成“有毒泥浆”，导致水体处于厌氧状态，破坏水生动植物的生存环境。更重要的是，大多数染料都是有毒的、化学稳定性强、难降解的有机物，最终会对人类的健康构成极大的威胁。

金属还原法是将还原性强的金属元素加入废水中，将氧化性金属离子还原为元素金属。这种方法常用于处理含有重金属离子的废水。一个典型的例子是通过铁屑减少含汞废水。值得注意的是，传统的染料废水处理方法Fenton（芬顿）氧化法也加入金属铁。但是，反应条件对环境的pH值有一定的要求，难以回收循环再利用，不利于环保的推广。近年来，无机试剂中的金属和金属氧化物纳米颗粒（NPs）成为研究的热点。其中，负载型金属催化剂不仅含有金属颗粒，而且具有较大的比表面积和发达的孔结构，可以有效地增加反应空间，提高反应速率。

甲壳素是仅次于纤维素的第二丰富的天然高分子生物质材料。它具有生物降解和再生的特点。甲壳素广泛存在于虾、蟹壳中，是解决虾、蟹壳废弃物问题的最佳途径。以甲壳素为原料，碱/尿素水溶液为溶剂，采用物理混合法制备甲壳素溶液。然后，采用乳液法制备了纳米纤维状结构的甲壳素微球。该材料具有丰富的纳米多孔结构和高比表面积，为金属催化剂提供了良好的附着位点。钯金属具有较强的吸氢和渗透能力。据报道，1体积金属钯可在室温下吸收近3000个体积的氢。钯由于其特殊的性质，非常适合于制备催化反应的催化剂。

但是，制备过程中粉碎的虾壳蟹壳中存在的大分子蛋白质和钙盐，会导致很难被加以溶解和开发利用，其次碳化过程中可能会将甲壳素微球的纤维球状结构破坏，另外不能够保证Pd/NCM催化剂的催化效率、适用性和稳定性，进而降低经济成本，因此不满足现有的需求，对此我们提出了一种纳米纤维编织的碳化甲壳素微球负载纳米金属催化剂的制备及其在染料降解中的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米纤维编织的碳化甲壳素微球负载纳米金属催化剂的制备及其在染料降解中的应用，以解决上述背景技术中提出的如何降低甲壳素分子量，使其可加以利用、碳化过程中可能会将甲壳素微球的纤维球状结构破坏以及探究Pd/NCM的催化效率、适用性和稳定性的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种纳米纤维编织的碳化甲壳素微球负载纳米金属催化剂的制备及其在染料降解中的应用，包括步骤一、甲壳素前处理：将从市面上买来的虾壳、蟹壳粉碎得到粉末，利用酸碱交替反复处理2-3次，再加入4%wt的H₂O₂，80℃搅拌20min，烘箱60℃烘干备用，得到甲壳素前驱体；

步骤二、甲壳素溶液的制备：利用步骤一中所得到的甲壳素前驱体分散于碱/尿素的混合水溶液中，得到的混合溶液放入-40℃的低温浴槽中，反复冷冻解冻，得到甲壳素溶液；