CN109576903A - FeCo普鲁士蓝/聚丙烯腈薄膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种FeCo普鲁士蓝/聚丙烯腈薄膜的制备方法。所述方法先按聚丙烯腈与FeCo普鲁士蓝的质量比为1:2～6，在FeCo普鲁士蓝的N,N‑二甲基甲酰胺分散液中加入聚丙烯腈，搅拌至混合均匀后得到静电纺丝溶液，设置纺丝电压的正压为8～10kV，负压为1～3kV，推注速率为0.012～0.017mL/min，进行静电纺丝得到FeCo/PAN薄膜。本发明制备的FeCo‑PAN薄膜具有良好的柔韧性，催化活性高，且能够长时间循环利用，在降解废水中微量有机污染物的应用方面表现出良好性能。

Description

FeCo普鲁士蓝/聚丙烯腈薄膜的制备方法
技术领域
本发明属于纳米材料制备技术领域，涉及一种FeCo普鲁士蓝/聚丙烯腈薄膜的制备方法。
背景技术
随着城市化和工业化的飞速发展，环境问题已经成为世界关注的焦点。其中，水体污染，尤其是水中含量低、有毒有害的微量有机污染物因其在水中停留时间长、多数不易被降解，会对水体水质造成严重污染，此外还有一些污染物具有高毒性、致癌致突变性，对生物正常的生长繁殖发育造成严重的影响。因此，需要寻找能够用于处理含有微量有机污染物的有效方法。
近年来，基于硫酸根自由基的高级氧化工艺因其具备较高的氧化电位，半衰期长，pH适用范围广，具备良好的选择性和高的效率等一系列优点，已受到广泛关注。林坤儀课题组(RSC Adv.,2016,6,92923-92933)通过六硫氰酸合钴(Ⅲ)酸钾和硝酸亚铁反应制备FeCo普鲁士蓝，并应用于催化硫酸根自由基方面。但是，由于MOF材料本身易团聚，难以回收，影响了其在实际生产中的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种FeCo普鲁士蓝/聚丙烯腈薄膜的制备方法，该方法通过静电纺丝技术将FeCo普鲁士蓝和聚丙烯腈(PAN)制备成柔韧性好、催化活性高且可长时间循环利用的FeCo/PAN薄膜。
实现本发明目的技术方案如下：
FeCo普鲁士蓝/聚丙烯腈薄膜的制备方法，具体步骤如下：
步骤1，按聚丙烯腈与FeCo普鲁士蓝的质量比为1:2～6，在FeCo普鲁士蓝的N,N-二甲基甲酰胺分散液中加入聚丙烯腈，搅拌至混合均匀，得到静电纺丝溶液；
步骤2，设置纺丝电压的正压为8～10kV，负压为1～3kV，推注速率为0.012～0.017mL/min，将静电纺丝溶液进行静电纺丝，得到FeCo/PAN薄膜。
优选地，步骤1中，所述的FeCo普鲁士蓝的N,N-二甲基甲酰胺分散液通过将FeCo普鲁士蓝加入到N,N-二甲基甲酰胺中，超声至分散均匀。
优选地，步骤1中，所述的FeCo普鲁士蓝的N,N-二甲基甲酰胺分散液的浓度为0.05～0.15g/mL。
优选地，步骤1中，所述的搅拌时间为3～5h。
优选地，步骤2中，接收距离为10～15cm，针头孔径为0.4～0.6cm。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明方法简单，制得的FeCo/PAN薄膜解决了金属有机骨架材料在溶液中易团聚、难回收的难题，而且同时提高了金属有机框架薄膜的催化活性。因此，在催化降解废水中微量有机污染物的应用方面具有很大的应用潜能。
附图说明
图1为FeCo/PAN薄膜的制备流程示意图。
图2(a)～(c)为FeCo普鲁士蓝与聚丙烯腈质量比分别为2:1，4:1，6:1的FeCo/PAN薄膜的扫描电镜图。
图3为实施例1的FeCo普鲁士蓝和FeCo/PAN薄膜的X-射线粉末衍射图。
图4为实施例1的FeCo/PAN薄膜(FeCo/PAN-1)，对比例2的FeCo/PAN薄膜(FeCo/PAN-2)，空白的PAN薄膜，FeCo普鲁士蓝粉末降解双酚A的对比图。
图5为实施例1的FeCo/PAN薄膜催化降解循环效果图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
FeCo普鲁士蓝的制备参考文献【Chem.Commun.,2015,51,10479】。
实施例1
步骤1，称取FeCo普鲁士蓝粉末0.3g溶于2mL的N,N二甲基甲酰胺中，超声2h使其完全分散。称取聚丙烯腈0.05g，在60℃下，磁力搅拌3h，使FeCo普鲁士蓝纳米粒子和PAN混合均匀。
步骤2，将步骤1得到的前驱体溶液倒入2mL的注射器中，通过使用静电纺丝机，正压设为10kV，负压设为1.5kV，推注速率0.012mL/min，纺丝得到FeCo/PAN薄膜。
FeCo/PAN薄膜的制备流程示意图如图1所示。制得的FeCo/PAN薄膜的扫描电镜图如图2所示，X-射线粉末衍射图如图3所示，从中可以看出，薄膜上确实负载了FeCo普鲁士蓝。
实施例2
步骤1，称取FeCo普鲁士蓝粉末0.2g溶于2mL的N,N二甲基甲酰胺中，超声2h使其完全分散。称取聚丙烯腈0.05g，在60℃下，磁力搅拌3h，使FeCo普鲁士蓝纳米粒子和PAN混合均匀。
步骤2，将步骤1得到的前驱体溶液倒入2mL的注射器中，利用静电纺丝技术，正压设为8kV，负压设为2kV，推注速率为0.014mL/min，纺丝得到FeCo/PAN薄膜。
实施例3
步骤1，称取FeCo普鲁士蓝粉末0.1g溶于2mL的N,N二甲基甲酰胺中，超声2h使其完全分散。称取聚丙烯腈0.05g，在70℃下，磁力搅拌3h，使FeCo普鲁士蓝纳米粒子和PAN混合均匀。
步骤2，将步骤1得到的前驱体溶液倒入2mL的注射器中，利用静电纺丝技术，正压设为9kV，负压设为2kV，推注速率为0.012mL/min，纺丝得到FeCo/PAN薄膜。
对比例1
本对比例与实施例1基本相同，唯一不同的是聚丙烯腈与FeCo普鲁士蓝的质量比为1：8。由于聚丙烯腈所占比例过低而无法成膜。
对比例2
本比例与实施例1基本相同，唯一不同的是聚丙烯腈与FeCo普鲁士蓝的质量比为1：0.6。
催化降解应用实例
将实施例1中的FeCo/PAN薄膜用于催化过硫酸氢钾降解有机污染物双酚A。
首先配制浓度为20mg L-1的双酚A溶液100mL，加入50mg的过硫酸氢钾(PMS)，称取上述FeCo/PAN 23mg作为催化剂加入到双酚A溶液中，不加任何催化剂的双酚A溶液做空白对照试验，每间隔1分钟，取2mL溶液进行分析，做溶液的紫外吸收光谱，然后再做浓度比值C/C0对时间t的曲线(C0为双酚A的初始浓度，C是时间为t时双酚A的浓度)，如图4所示。图5为循环实验，将反应后的膜用大量去离子水清洗后烘干回用5个循环，从中可以看出，5次循环后其催化活性仅下降10％左右，说明本发明制备的FeCo/PAN薄膜可以很好的重复利用。本发明制备的FeCo/PAN薄膜具有很好的催化活性，并且解决了纳米粒子在实际应用中不易回收利用的问题，在降解废水中微量有机污染物方面具有很好的应用前景。

Claims (6)

1.FeCo普鲁士蓝/聚丙烯腈薄膜的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1，按聚丙烯腈与FeCo普鲁士蓝的质量比为1:2～6，在FeCo普鲁士蓝的N,N-二甲基甲酰胺分散液中加入聚丙烯腈，搅拌至混合均匀，得到静电纺丝溶液；
步骤2，设置纺丝电压的正压为8～10kV，负压为1～3kV，推注速率为0.012～0.017mL/min，将静电纺丝溶液进行静电纺丝，得到FeCo/PAN薄膜。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述的FeCo普鲁士蓝的N,N-二甲基甲酰胺分散液通过将FeCo普鲁士蓝加入到N,N-二甲基甲酰胺中，超声至分散均匀。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述的FeCo普鲁士蓝的N,N-二甲基甲酰胺分散液的浓度为0.05～0.15g/mL。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述的搅拌时间为3～5h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2中，接收距离为10～15cm。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2中，针头孔径为0.4～0.6cm。
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