[发明专利]一种在滤料上原位生成脱硝催化剂的方法

说明书

技术领域

本发明属于滤料功能化技术领域，具体涉及到一种在滤料表面原位生成脱硝催化剂的方法。

背景技术

在制备脱硝功能复合滤料的过程中，催化剂一般需要单独制备，然后通过特殊的工艺或方法将其填充在滤料的内部。由于催化剂与滤料纤维表面没有相互作用力，因此在使用过程中，催化剂很容易被烟气从滤料纤维表面吹落而逐渐失去作用。另外，这种方式制备的脱硝功能复合滤料的透气性差，催化剂在滤料内部分散不均，容易引起堵塞。相比之下，若脱硝催化剂能直接在滤料纤维表面原位生成，不仅给脱硝功能复合滤料的制备工艺带来极大的便利，而且还可使复合滤料的综合性能也得到大大地提升。但是，通过一步法制备脱硝功能复合滤料的研究还未见报道，因此开展与此相关的研究非常有意义。

若要在滤料纤维上直接负载脱硝催化剂，就必须对其表面进行活化改性，并接枝上含氧功能基团，为催化剂的生长及固定提供活性位点。聚苯硫醚纤维具有惰性的分子结构，使其拥有许多优异的性能，如能够耐强酸强碱的腐蚀，抗水解性能高，吸湿率低等，因而成为电厂过滤材料的首选。但另一方面，这种惰性的分子结构也给其表面活化改性带来了巨大的困难。虽然人们为此做出了很大的努力，但对聚苯硫醚滤料的改性也只是集中在有限的少数几种方法上，如磺化改性和等离子体表面改性。尽管这些方法能在聚苯硫醚纤维表面接上一些极性基团，但是其数量比较少，而且还或多或少地破坏聚苯硫醚纤维的分子结构和物理性能。因此，迫切需要一种无损的表面改性方法。

海洋贻贝类黏性蛋白的发现，给材料表面的改性和功能化提供了一种新的途径。多巴胺正是这样一类仿生物质，它含有邻苯二酚羟基和氨基基团，这些基团活性比较高，能与各种材料（如金属、半导体、陶瓷、高分子等）以共价键和非共价键形成很强的作用力，对材料的粘结起着非常重要作用。其粘结机理是通过多巴胺在有氧弱碱条件下自聚合形成聚多巴胺而实现的。聚多巴胺上保留着多巴胺的酚羟基和含氮基活性官能团，能够继续发生反应，为材料的二次改性提供了平台。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在滤料上原位生成脱硝催化剂的制备方法。经本发明方法制备的具有MnO₂脱硝催化剂的聚苯硫醚复合滤料同时具备除尘和脱硝的功能，具有较强的经济性和实用性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种在滤料上原位生成脱硝催化剂的制备方法为：首先利用多巴胺的氧化自聚合反应对滤料进行改性，使其表面均匀包覆一层聚多巴胺的薄膜物质，然后利用聚多巴胺层与二价锰离子的螯合作用，以高锰酸钾作为氧化剂，在聚多巴胺包覆的滤料表面原位生成MnO₂催化剂，从而制得具有脱硝功能的复合滤料。

所述的滤料为聚苯硫醚针刺毡滤料，是以聚苯硫醚纤维为原料，经开松、复合混料、梳理、铺网、针刺、热定型和烧毛压光制备而成的，平均孔径为37μm。

所述的脱硝催化剂为MnO₂纳米颗粒，其按如下反应制得：

在滤料上原位生成脱硝催化剂的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）将一定质量的盐酸多巴胺粉末加入到去离子水中搅拌溶解，配制成0.5-8g/L的多巴胺溶液，并通过加入一定量的三（羟甲基）氨基甲烷使溶液的PH调至7-10；

（2）将滤料（微观形貌如图1(a, b)）立即浸入上述配制好的多巴胺碱性溶液中，继续在室温下搅拌反应12-48h，可以发现溶液的颜色慢慢地由无色变为橙色，最后完全变为黑色，表明溶液中的多巴胺在逐渐进行氧化自聚合反应形成聚多巴胺；

（3）将滤料取出，用去离子水和乙醇冲洗至溶液变澄清，最后在40-120℃的真空干燥箱中烘干，即得到多巴胺改性的滤料（微观形貌如图1(c, d)）；

（4）称取一定量的乙酸锰固体颗粒溶于去离子水中，配制成浓度为0.01-0.1M的乙酸锰溶液；然后，将上述反应制得的多巴胺改性滤料浸入该乙酸锰溶液中，使滤料表面的聚多巴胺充分吸附二价锰离子；在室温下浸渍0.5-24h后，取出，并用去离子水冲洗数次，以除去未吸附的锰离子；

（5）再将（4）中的滤料浸入0.01-0.1M的高锰酸钾溶液中，室温下反应1-24h，使高锰酸钾氧化二价锰离子原位生成MnO₂催化剂。最后，将滤料用大量去离子水和乙醇冲洗干净，在40-120℃条件下真空烘干，即得到具有脱硝功能的复合滤料（微观形貌如图1(e, f)）；

较优的，步骤1）中多巴胺溶液的浓度为2g/L。