[发明专利]一种改性聚四氟乙烯纤维金属配合物催化剂及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及催化剂技术，具体为一种丙烯酸接枝改性的聚四氟乙烯纤维金属配合物催化剂及制备方法。

背景技术

Fenton氧化技术是一种具有光明发展前景的工业废水处理技术，利用铁离子对H₂O₂的分解反应产生强氧化性的氢氧自由基，使水体中难以生物降解的有机污染物如染料等发生完全降解，有效地避免了某些处理技术仅是将污染物进行转移的缺点。但是Fenton氧化技术必须在酸性条件(pH＝2-5)下使用，因而在实际应用中受到很大限制：不仅会因调节pH值而增加工序和成本，而且反应结束后残留在水体中的铁离子会造成二次污染。为此非均相Fenton催化剂的研发是目前改善Fenton氧化技术的关键。这是由于固定于负载材料表面的铁离子不仅仍然对H₂O₂的分解反应具有较高的催化活性，而且能够克服均相Fenton反应必须在酸性条件进行的缺点。近年来价格低廉的聚丙烯腈纤维金属配合物作为非均相Fenton光催化剂已经受到人们的关注，并被应用于染料废水的氧化降解过程中[参见1.Ishtchenko V V等，改性聚丙烯腈纤维催化剂的制备及其对过氧化氢分解的优化(Ishtchenko V V et al.Production of a modified PAN fibrous catalyst and its optimisation towards the decomposition of hydrogen peroxide.Appl CatalA，2003，242：123-137；2.董永春等，改性PAN纤维与铁离子的配位结构及其对染料降解的催化作用，物理化学学报，2008，24(11)2114-2121；3.董永春等，铁改性聚丙烯腈纤维光催化剂的制备及其对活性红MS的降解，过程工程学报，2008，8(2)359-365)。但是由于聚丙烯腈纤维在化学稳定性方面的不足，使得在污染物的降解反应中，其表面化学结构发生变化，不仅导致机械强度劣化，而且具有催化功能的金属离子易于脱落，并且这种现象在酸性条件下表现的尤为突出。另外，当制备高金属离子含量的改性聚丙烯腈纤维催化剂时，尽管其具有很强的催化活性，但是其物理机械强度很差，有时几乎不能使用，难以在提高催化活性和保持物理机械性能之间达到平衡。尽管可以通过双改性技术对此现象进行了一定程度的改善[参见董永春等，一种双改性聚丙烯腈纤维金属配合物催化剂及其制备方法(专利号ZL20101046990.1)]，但是在实际应用中，改性聚丙烯腈纤维催化剂仍然可能受到较大限制，影响其使用效率。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种改性聚四氟乙烯纤维金属配合物催化剂及制备方法。该催化剂采用丙烯酸接枝改性，用于促进工业废水特别是纺织印染废水中污染物如染料的氧化降解反应，不仅与现有催化剂相当的催化活性，而且表面化学结构稳定，机械强度变化小，金属离子不易脱落，在广泛pH范围内具有催化活性，重复使用性好。该催化剂制备方法工艺相对简单，成本适中，容易操作，适于工业化应用推广。

本发明解决所述催化剂技术问题的技术方案是：设计一种改性聚四氟乙烯纤维金属配合物催化剂，其特征在于该催化剂是体积浓度为300-500g/L的丙烯酸与体积浓度为15-50g/L硫酸亚铁铵混合水溶液对聚四氟乙烯纤维接枝改性，然后将改性聚四氟乙烯纤维再与0.025-0.075mol/L的铁离子和0.025-0.075mol/L的铜离子反应形成的配合物；其中铁离子的含量为46.43-125.1mg/g，铜离子的含量为78.54-110.2mg/g；该催化剂为纤维形状，外观呈黄绿色，干态和湿态断裂强度分别为91.25-92.56N和91.11-91.79N。

本发明解决所述制备方法技术问题的技术方案是：设计一种本发明所述改性聚四氟乙烯纤维金属配合物催化剂的制备方法，其采用下述工艺：

1.聚四氟乙烯纤维的预处理：在室温和搅拌条件下，首先使用含有体积浓度为2-6g/L的非离子表面活性剂水溶液洗涤处理聚四氟乙烯纤维5-20分钟，取出后水洗、烘干；然后再使用丙酮对聚四氟乙烯纤维清洗10-30分钟，取出后将聚四氟乙烯纤维在50-70℃下真空烘干24-48h备用；