[发明专利]原位生长钴碳纳米管过滤膜的制备方法及用途

说明书

本发明提供了一种原位生长钴碳纳米管过滤膜的制备方法。首先，将碳布表面亲水化处理并在其表面包裹一层聚多巴胺（PDA/CC）；其次，在常温下将PDA/CC表面吸附钴离子；以氩气为载气在双氰胺分解气氛中进行化学气相反应，生长钴金属纳米颗粒并催化氮掺杂纳米管原位生长在碳布基底上（Co‑NC），最后将其酸化处理以除去表面的钴金属颗粒。以该过滤膜作为催化剂，流动相中可快速降解污染物、灭活大肠杆菌。此外，由于钴被碳管包裹、碳管原位生长在基底上，该催化剂中的钴几乎没有泄露（毒性低），催化剂在循环使用40次后其材料结构和催化性能都几乎没有改变。

技术领域

本发明涉及高级氧化及新型材料技术领域，具体涉及一种原位生长钴碳纳米管的制备方法和实际运用。

背景技术

大肠杆菌是水中最常见的细菌之一，对人体健康造成严重危害。目前高级氧化法(AOP_S) 已广泛应用于水体修复，并在消毒方面具有显着的性能。其中过硫酸盐比其他商业氧化剂更稳定，便于运输和储存，特别是过氧单硫酸盐（PMS），由于其不对称结构，在均相和非均相催化系统中的都更容易被各种催化剂活化。此外，它可以在较宽的 pH范围（ pH = 2.0~8.0）内促进多种途径的活化过程，以产生更高反应活性的关键自由基物种（SO₄⦁¯， E_o =2.5~3.1 V；⦁OH， E_o =1.8~2.7 V）。值得注意的是，具有多价态的过渡金属离子最常用于激活 PMS而无需外部能量输入。其中，高效钴基催化剂的AOPs近年来受到越来越多的关注。然而，尽管已经开发了许多钴基催化剂来激活PMS，但多相材料体系的实际应用通常遇到催化剂回收难、金属离子浸出的问题。而且这些后续操作步骤繁琐，需要物理分离和回收步骤，如磁力回收或过滤离心，在实际处理中使用时价格昂贵，长期使用受到限制。

因此，本发明开发了简便的方法制备原位碳纳米管包覆钴（Co-NC）可以很好地解决绝大多数钴基催化剂面临的离子沉淀和循环稳定性不佳的问题。将所制备的Co-NC膜组装在具有广泛可扩展性（易于回收、易于更换膜等）的流动反应器系统中，用于评估其催化活化PMS、高级氧化杀灭细菌的性能。该Co-NC膜在液态流动状态下表现出优异的细菌灭活性能和稳定性。此外，在实际水处理应用和复杂水环境中也表现出良好的催化性能和环境耐受性。该Co-NC膜的开发对构建高度稳定的活化循环体系具有重要的现实意义，展示了其规模化应用的潜力。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种制备原位钴碳纳米管的简易、一步化学气相沉积方法，该方法具有设备要求低、所需原料成本低廉、反应条件易于控制、生产工艺简单、所形成的产品一致性好，环境污染小等优点，具体包括如下步骤：

一种用于活化过硫酸盐的钴碳纳米管的制备方法，具体制备方法如下：

第一步、在pH=8.5-9.0的Tris溶液中溶于浓度为0.4~0.8 mg/mL盐酸多巴胺，在室温下将亲水化处理的碳布置于此溶液中包裹时间为22~26 h以包裹聚多巴胺，制备出PDA/CC前驱体。该过程中，聚多巴胺为片状高分子，且通过π-π堆叠可以牢固且均匀的包裹在碳布内的石墨化的碳纤维表面。