[发明专利]一种共轭法制备的石墨烯芳香族聚酰胺复合功能滤料

说明书

本发明属于催化剂材料技术领域，具体涉及一种共轭石墨烯的聚对苯二甲酰对苯二胺脱硝抗硫功能滤料的制备方法，首先利用十二烷基苯磺酸钠处理聚对苯二甲酰对苯二胺纤维，在纤维表面形成乳液微球将石墨烯和Pr³⁺、Nd³⁺富集，利用石墨烯和聚对苯二甲酰对苯二胺的共轭效应实现石墨烯和纤维的共轭。利用十二烷基苯磺酸亲水端对Pr³⁺、Nd³⁺的静电作用与KMnO₄在聚对苯二甲酰对苯二胺纤维表层发生氧化还原反应形成Mn‑Pr‑NdO_x催化剂，并牢固结合在聚对苯二甲酰对苯二胺纤维以及表层石墨烯上。另外，引入的石墨烯后滤料具有更高的比表面积，提供了丰富的活性氧物种和酸位点，更多的表面化学吸附氧和低价态锰镨氧化物。

技术领域

本发明属于石墨烯复合催化剂及滤料技术领域，涉及到一种共轭法制备的石墨烯芳香族聚酰胺复合功能滤料，具体涉及制备石墨烯和功能滤料复合材料，以及在其表面原位生长一种具有高性能脱硝抗硫功能的Mn-Pr-NdO_x催化剂的技术。

背景技术

目前，空气污染源可以分为固定污染源和流动污染源，其污染源的污染物主要是由于煤炭燃烧而产生，包括了PM_2.5、PM₁₀、二氧化硫、氮氧化物和二氧化氮等，这些气体会对环境造成雾霾、酸雨、光化学烟雾和温室效应等危害。

研究者们观察到，在某些催化剂中混入少量的石墨烯或者氧化石墨烯可以促进氧化反应速率。研究中发现，在氧化石墨烯催化反应中使用H₂O₂作为氧化剂，苯可以被一步氧化为苯酚。研究中使用还原氧化石墨烯做为催化剂，研究了室温下硝基苯的还原反应，实验过程展示了较高的反应活性和稳定性。还有实验表明在氧化石墨烯边缘不饱和的碳原子或者氧化石墨烯表面的缺陷可能是催化活性的中心。

已商业化的钒钛体系催化剂起活温度高(300℃)，难以在烟气处理系统末端应用，且安装运行费用较高。因此，经济性高且适用于末端处理的低温SCR 技术成为研究人员关注的热点。无载体MnO_x-PrO₂催化剂是目前此类报道中低温SCR活性最高的，温度在120℃时NO_x可几乎完全转化为N₂。石墨烯的引入可以提高活性酸位点，引入更多的活性氧物种，产生更多的表面吸附氧，增大比表面积，从而提高催化剂的脱硝效率。

发明内容

本发明的主要目的是以表层共轭石墨烯的聚对苯二甲酰对苯二胺纤维为催化剂载体，采用原位生长法制备高效的Mn-Pr-NdO_x/rGO@PPTA脱硝抗硫滤料的复合材料。

本发明采用技术方案：

一种共轭法制备的石墨烯芳香族聚酰胺复合功能滤料的制备方法是在表层负载石墨烯的聚对苯二甲酰对苯二胺纤维上原位生长具有脱硝抗硫功能的三元催化剂，采用十二烷基苯磺酸钠处理活化聚对苯二甲酰对苯二胺纤维表层，利用十二烷基苯磺酸钠形成的乳液微球将石墨烯和金属阳离子富集到聚对苯二甲酰对苯二胺纤维表层，石墨烯和聚对苯二甲酰对苯二胺纤维在共轭作用下形成共轭，最后采用原位生长的方式将催化剂均匀牢固的负载在聚对苯二甲酰对苯二胺纤维上。

具体制备方法包括：

(1)将1g石墨加入到150mL烧杯中，加入40mL浓硫酸，将其置于水浴锅室温搅拌，至充分溶解，向其中每隔10min加0.2g的KMnO₄，总共加入量为5gKMnO₄。

(2)KMnO₄全部加入完毕之后，将水温升至50℃，搅拌反应1h，升高反应温度并分别在65℃、75℃、85℃缓慢滴加8mL、6mL、4mL浓磷酸，并分别在每个梯度温度反应1h。

(3)加入80mL去离子水终止反应，将加入去离子水的反应液，置于90℃