CN110947422A - 可重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜的制法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜的制法，包括金种子溶液的制备、PVA纳米纤维膜上金种子的吸附和在PVA纳米纤维上原位生长金纳米粒子步骤。本发明的重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜进行催化硼氢化钠还原4‑硝基苯酚反应，每反应一次，PVA负载金纳米粒子的复合纤维膜放入水中48小时后能再次使用。本发明的重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜的重复利用催化性能在10次后仍效率保持在原有效率90％以上。
Description
技术领域
本发明属纳米复合材料及其制备技术领域，涉及一种可重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜的制法。
背景技术
目前，由于社会经济与人口迅速增长，各种污染物与染料导致的水体污染变得日益严重，因此，人们越来越关注环境保护问题和资源利用问题。硝基苯酚是一种化工、染料和医药等行业废水中常见的有机污染物，有致癌作用，是我国水环境优先控制的污染物之一。对硝基苯酚作为农药、医药、染料等精细化学品的中间体，用量大、毒性高、刺激性强，因此含硝基芳香化合物废水的处理是世界性的技术难题。对硝基苯酚的降解有微生物降解法和还原法等，但是微生物降解时效性差，所以研究常用的主要方法是还原法。因此选择合适的催化剂和反应体系变得极其重要。金纳米粒子拥有高效催化硝基苯酚的性能，是硝基苯酚降解的重要手段，而制备高催化效率、方便回收、对环境无污染的负载金纳米粒子催化体系，是目前最具有挑战性和实用价值的领域之一。
金纳米粒子，由于其广泛的潜在应用，例如在催化，传感器，光学设备，能源和生物学中，是最广泛研究的纳米粒子系统之一。然而，金纳米粒子具有高的表面能，不仅易于聚集，而且在水性或非水性介质中也难以回收和再利用。因此，在催化应用中，稳定金纳米粒子并防止其聚集至关重要。目前，人们通过使用不同材料，例如，高表面积、高孔隙率材料、二维纳米材料和各种小分子，作为载体来促进金纳米粒子的稳定。理想的金纳米粒子催化剂-载体系统是具有均一尺寸的金纳米粒子，它们以高百分比均匀分布在载体表面上。此外，金纳米粒子在催化剂-载体系统中应能在长时间内保持稳定，并提供良好的可重复使用性。先前工作已利用高分子纤维负载氯金酸，然后原位还原氯金酸来制备高分子金纳米粒子复合材料，然而该方法制备的纳米粒子尺寸分布太广，纳米粒子尺寸不均匀，而且大部分纳米粒子分布在高分子纤维内部，阻碍了反应物和金纳米粒子接触，进而影响材料的催化性能。金纳米粒子只有在合适的尺寸才能表现出优良的催化性能。也有工作报道利用高分子纤维直接吸附尺寸均匀的金纳米粒子制备高分子金纳米粒子复合材料，然而该方法制备的纳米粒子稳定性差，容易聚集；而且由于空间位阻效应只能吸附在最表面，从而导致负载量低。因此，当前大多数将金纳米粒子固定在聚合物纳米纤维上的方法都存在以下缺点：(1)缺乏长期稳定性；(2)负载量低；(3)嵌入聚合物纳米纤维中会阻碍反应物与纳米粒子的接触，并抑制金纳米粒子的催化性能；(4)聚合物纳米纤维中金纳米粒子的大小缺乏均匀性。
发明内容
本发明旨在提供一种可重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜的制备方法，解决现有技术的金纳米粒子负载量低和长期稳定性差的技术问题。
本发明的另一个目的是提供一种重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜的催化还原4-硝基苯酚方法。本发明的重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜进行催化硼氢化钠还原4-硝基苯酚反应，每反应一次，PVA负载金纳米粒子的复合纤维膜放入水中48小时后能再次使用。本发明的重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜的重复利用催化性能在10次后仍效率保持在原有效率90％以上。
本发明的可重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)金种子溶液的制备：
配制十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和氯金酸(HAuCl4)摩尔比为300～400:1且含有氯金酸浓度为3～4×10-4M的去离子水溶液，向溶液中再加入零摄氏度2.3～3.0倍氯金酸的摩尔数的硼氢化钠(NaBH4)，搅拌后静置即得金种子溶液；
(2)PVA纳米纤维膜上金种子的吸附：
用去离子水将步骤(1)制得的金种子溶液稀释2～4倍，用盐酸(HCl)溶液调节体系pH值至1～4，然后放入PVA纳米纤维膜，在40～60℃放置一定时间后，捞出PVA纳米纤维膜用去离子水洗涤；
(3)在PVA纳米纤维上原位生长金纳米粒子：
a)首先将CTAB和HAuCl4按摩尔比60～100:1加入去离子水中，配置含有0.0002～0.0008M的HAuCl4生长溶液；
b)然后取0.1～0.4M抗坏血酸水溶液为上述生长溶液12％的体积加入，并充分混合，使溶液变为无色；
c)将一块具有吸附的金种子的PVA纳米纤维添加到反应容器中，并使该溶液在40℃下静置12小时以上，然后将吸附的金种子的PVA纳米纤维膜通过去离子水洗涤；
重复步骤c)一次；原位生长一次尺寸太小，二次最好，三次尺寸变大效果下降。
即制得重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜，金纳米粒子的负载量是8wt％-11wt％。一次反应金纳米粒子能增长十几纳米左右，是指大小每次增大十几纳米，均匀度一直保持不变。
作为优选的技术方案：
如上所述的制备方法，步骤(1)中搅拌后静置是指搅拌2分钟，静置一小时。搅拌是为了溶液混合均匀，静置是为了让金纳米粒子无扰增长形成形貌均一的金种子。
如上所述的制备方法，步骤(2)中放置一定时间是指放置4～6小时。吸附是动力学过程时间短了吸附没达到平衡，吸附量就少，温度低了CTAB会析出起不到保护金中稳定作用，还会在纤维上析出，把纤维包裹住，阻止吸附，温度太高，金种子会合并长大。
如上所述的制备方法，用去离子水洗涤通常为洗涤3次，洗去金种子溶液。
如上所述的制备方法，所述PVA纳米纤维膜的制备方法如下：
将聚乙烯醇(PVA)加入80～90℃的去离子水中连续搅拌以溶解PVA粉末，配成聚合物质量浓度为12～14wt％的PVA溶液，然后将5～10％体积分数戊二醛加入PVA溶液中摇匀制得静电纺丝液，进行静电纺丝，将PVA纳米纤维沉积在铝箔上；然后在120～140℃的烘箱中放置4小时以上，完成PVA纤维交联。
如上所述的制备方法，所述静电纺丝参数：用18～23kV高压直流电，针尖到铝箔收集器之间距离为12～18cm，0.6～0.8ml/h的流速，静电纺丝45～60分钟。时间越长PVA膜越厚，这个时间获得的膜厚度较合适。
如上所述的制备方法，所述重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜的催化还原4-硝基苯酚方法：将零到四摄氏度冷的硼氢化钠(NaBH4)和4-硝基苯酚按摩尔比50:1加入添加到去离子水中搅拌均匀，配置含有2～4×10-4M 4-硝基苯酚的溶液，将一块PVA纳米纤维膜放入装在比色皿中4-硝基苯酚溶液中，通过紫外可见分光光度计原位测量催化反应，扫描波长范围为200nm至600nm，4-硝基苯酚的特征峰强度在催化过程中会逐步降低。
如上所述的制备方法，所述重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜进行催化硼氢化钠还原4-硝基苯酚反应，每反应一次，PVA负载金纳米粒子的复合纤维膜放入水中48小时后能再次使用。
如上所述的制备方法，所述重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜的重复利用催化性能在10次后仍效率保持在原有效率90％以上。
稳定性和尺寸最重要，不是负载量越大越好，但负载量不能降得太低。在保证稳定性和尺寸前提下，越高效果越好。纤维上负载金纳米粒子肯定负载的越稳定越好，不稳定在使用过程中脱落了，就没有重复利用的性能了。
有益效果
本发明的可重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜的制法，通过在高分子纤维膜上吸附的金种子原位生长方法，制备了具有超稳定金纳米粒子的高分子复合纳米纤维膜。金种子的原位生长提供了大小和分布均一的金纳米粒子。此外，金纳米粒子与聚乙烯醇纳米纤维之间形成的强界面相互作用提供了长期的催化稳定性和优良的可重复使用性。
附图说明
图1是本发明工艺流程图；
图2是重复循环反应示意图；
图3是重复循环催化反应动力学图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
可重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜的制备方法，其工艺流程图如图1所示，具体如下：
(1)金种子溶液的制备：
配制十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和氯金酸(HAuCl4)摩尔比为300:1且含有氯金酸浓度为3×10-4M的去离子水溶液，向溶液中再加入零摄氏度的2.5倍氯金酸的摩尔数的硼氢化钠(NaBH4)，搅拌2分钟后静置一小时即得金种子溶液；
(2)PVA纳米纤维膜的制备：
将聚乙烯醇(PVA)加入82℃的去离子水中连续搅拌以溶解PVA粉末，配成聚合物质量浓度为12wt％的PVA溶液，然后将5％体积分数戊二醛加入PVA溶液中摇匀制得静电纺丝液，进行静电纺丝，将PVA纳米纤维沉积在铝箔上；然后在120℃的烘箱中放置4小时，完成PVA纤维交联；其中，静电纺丝参数：用18kV高压直流电，针尖到铝箔收集器之间距离为12cm，0.6ml/h的流速，静电纺丝45分钟；
(3)PVA纳米纤维膜上金种子的吸附：
用去离子水将步骤(1)制得的金种子溶液稀释2倍，用盐酸(HCl)溶液调节体系pH值至1，然后放入PVA纳米纤维膜，在40℃放置4小时后，捞出PVA纳米纤维膜用去离子水洗涤3次；
(4)在PVA纳米纤维上原位生长金纳米粒子：
a)首先将CTAB和HAuCl4按摩尔比60:1加入去离子水中，配置含有0.0002M的HAuCl4生长溶液；
b)然后取0.1M抗坏血酸水溶液为上述生长溶液12％的体积加入，并充分混合，使溶液变为无色；
c)将一块具有吸附的金种子的PVA纳米纤维添加到反应容器中，并使该溶液在40℃下静置12小时以上，然后将吸附的金种子的PVA纳米纤维膜通过去离子水洗涤3次；
重复步骤c)一次；
即制得重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜，金纳米粒子的负载量是8wt％。
如图2所示，重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜的催化还原4-硝基苯酚方法：将0℃冷的硼氢化钠(NaBH4)和4-硝基苯酚按摩尔比50:1加入添加到去离子水中搅拌均匀，配置含有2×10-4M 4-硝基苯酚的溶液，将一块PVA纳米纤维膜放入装在比色皿中4-硝基苯酚溶液中，通过紫外可见分光光度计原位测量催化反应，扫描波长范围为200nm至600nm；重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜进行催化硼氢化钠还原4-硝基苯酚反应，每反应一次，PVA负载金纳米粒子的复合纤维膜放入水中48小时后能再次使用；如图3所示，重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜的重复利用催化性能在10次后仍效率保持在原有效率90％。
实施例2
可重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜的制备方法，其工艺流程图如图1所示，具体如下：
(1)金种子溶液的制备：
配制十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和氯金酸(HAuCl4)摩尔比为310:1且含有氯金酸浓度为3.3×10-4M的去离子水溶液，向溶液中再加入零摄氏度的2.4倍氯金酸的摩尔数的硼氢化钠(NaBH4)，搅拌2分钟后静置一小时即得金种子溶液；
(2)PVA纳米纤维膜的制备：
将聚乙烯醇(PVA)加入80℃的去离子水中连续搅拌以溶解PVA粉末，配成聚合物质量浓度为13wt％的PVA溶液，然后将6％体积分数戊二醛加入PVA溶液中摇匀制得静电纺丝液，进行静电纺丝，将PVA纳米纤维沉积在铝箔上；然后在120℃的烘箱中放置4.2小时，完成PVA纤维交联；其中，静电纺丝参数：用20kV高压直流电，针尖到铝箔收集器之间距离为14cm，0.6ml/h的流速，静电纺丝50分钟；
(3)PVA纳米纤维膜上金种子的吸附：
用去离子水将步骤(1)制得的金种子溶液稀释3倍，用盐酸(HCl)溶液调节体系pH值至1，然后放入PVA纳米纤维膜，在50℃放置5小时后，捞出PVA纳米纤维膜用去离子水洗涤3次；
(4)在PVA纳米纤维上原位生长金纳米粒子：
a)首先将CTAB和HAuCl4按摩尔比70:1加入去离子水中，配置含有0.0004M的HAuCl4生长溶液；
b)然后取0.2M抗坏血酸水溶液为上述生长溶液12％的体积加入，并充分混合，使溶液变为无色；
c)将一块具有吸附的金种子的PVA纳米纤维添加到反应容器中，并使该溶液在40℃下静置12小时以上，然后将吸附的金种子的PVA纳米纤维膜通过去离子水洗涤3次；
重复步骤c)一次；
即制得重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜，金纳米粒子的负载量是8wt％。
重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜的催化还原4-硝基苯酚方法：将2℃冷的硼氢化钠(NaBH4)和4-硝基苯酚按摩尔比50:1加入添加到去离子水中搅拌均匀，配置含有3×10-4M 4-硝基苯酚的溶液，将一块PVA纳米纤维膜放入装在比色皿中4-硝基苯酚溶液中，通过紫外可见分光光度计原位测量催化反应，扫描波长范围为200nm至600nm；重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜进行催化硼氢化钠还原4-硝基苯酚反应，每反应一次，PVA负载金纳米粒子的复合纤维膜放入水中48小时后能再次使用；重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜的重复利用催化性能在10次后仍效率保持在原有效率92％。
实施例3
可重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜的制备方法，其工艺流程图如图1所示，具体如下：
(1)金种子溶液的制备：
配制十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和氯金酸(HAuCl4)摩尔比为330:1且含有氯金酸浓度为3.2×10-4M的去离子水溶液，向溶液中再加入零摄氏度的2.5倍氯金酸的摩尔数的硼氢化钠(NaBH4)，搅拌2分钟后静置一小时即得金种子溶液；
(2)PVA纳米纤维膜的制备：
将聚乙烯醇(PVA)加入85℃的去离子水中连续搅拌以溶解PVA粉末，配成聚合物质量浓度为12wt％的PVA溶液，然后将5％体积分数戊二醛加入PVA溶液中摇匀制得静电纺丝液，进行静电纺丝，将PVA纳米纤维沉积在铝箔上；然后在135℃的烘箱中放置4.3小时，完成PVA纤维交联；其中，静电纺丝参数：用20kV高压直流电，针尖到铝箔收集器之间距离为14cm，0.7ml/h的流速，静电纺丝50分钟；
(3)PVA纳米纤维膜上金种子的吸附：
用去离子水将步骤(1)制得的金种子溶液稀释4倍，用盐酸(HCl)溶液调节体系pH值至2，然后放入PVA纳米纤维膜，在45℃放置4小时后，捞出PVA纳米纤维膜用去离子水洗涤3次；
(4)在PVA纳米纤维上原位生长金纳米粒子：
a)首先将CTAB和HAuCl4按摩尔比80:1加入去离子水中，配置含有0.0004M的HAuCl4生长溶液；
b)然后取0.2M抗坏血酸水溶液为上述生长溶液12％的体积加入，并充分混合，使溶液变为无色；
c)将一块具有吸附的金种子的PVA纳米纤维添加到反应容器中，并使该溶液在40℃下静置12小时以上，然后将吸附的金种子的PVA纳米纤维膜通过去离子水洗涤3次；
重复步骤c)一次；
即制得重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜，金纳米粒子的负载量是10wt％。
重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜的催化还原4-硝基苯酚方法：将3℃冷的硼氢化钠(NaBH4)和4-硝基苯酚按摩尔比50:1加入添加到去离子水中搅拌均匀，配置含有2.5×10-4M 4-硝基苯酚的溶液，将一块PVA纳米纤维膜放入装在比色皿中4-硝基苯酚溶液中，通过紫外可见分光光度计原位测量催化反应，扫描波长范围为200nm至600nm；重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜进行催化硼氢化钠还原4-硝基苯酚反应，每反应一次，PVA负载金纳米粒子的复合纤维膜放入水中48小时后能再次使用；重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜的重复利用催化性能在10次后仍效率保持在原有效率92％。
实施例4
可重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜的制备方法，其工艺流程图如图1所示，具体如下：
(1)金种子溶液的制备：
配制十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和氯金酸(HAuCl4)摩尔比为335:1且含有氯金酸浓度为3.5×10-4M的去离子水溶液，向溶液中再加入零摄氏度的2.3倍氯金酸的摩尔数的硼氢化钠(NaBH4)，搅拌2分钟后静置一小时即得金种子溶液；
(2)PVA纳米纤维膜的制备：
将聚乙烯醇(PVA)加入85℃的去离子水中连续搅拌以溶解PVA粉末，配成聚合物质量浓度为14wt％的PVA溶液，然后将8％体积分数戊二醛加入PVA溶液中摇匀制得静电纺丝液，进行静电纺丝，将PVA纳米纤维沉积在铝箔上；然后在125℃的烘箱中放置4.4小时，完成PVA纤维交联；其中，静电纺丝参数：用22kV高压直流电，针尖到铝箔收集器之间距离为16cm，0.7ml/h的流速，静电纺丝55分钟；
(3)PVA纳米纤维膜上金种子的吸附：
用去离子水将步骤(1)制得的金种子溶液稀释2倍，用盐酸(HCl)溶液调节体系pH值至2，然后放入PVA纳米纤维膜，在55℃放置6小时后，捞出PVA纳米纤维膜用去离子水洗涤3次；
(4)在PVA纳米纤维上原位生长金纳米粒子：
a)首先将CTAB和HAuCl4按摩尔比60:1加入去离子水中，配置含有0.0006M的HAuCl4生长溶液；
b)然后取0.3M抗坏血酸水溶液为上述生长溶液12％的体积加入，并充分混合，使溶液变为无色；
c)将一块具有吸附的金种子的PVA纳米纤维添加到反应容器中，并使该溶液在40℃下静置12小时以上，然后将吸附的金种子的PVA纳米纤维膜通过去离子水洗涤3次；
重复步骤c)一次；
即制得重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜，金纳米粒子的负载量是11wt％。
重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜的催化还原4-硝基苯酚方法：将4℃冷的硼氢化钠(NaBH4)和4-硝基苯酚按摩尔比50:1加入添加到去离子水中搅拌均匀，配置含有3.5×10-4M 4-硝基苯酚的溶液，将一块PVA纳米纤维膜放入装在比色皿中4-硝基苯酚溶液中，通过紫外可见分光光度计原位测量催化反应，扫描波长范围为200nm至600nm；重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜进行催化硼氢化钠还原4-硝基苯酚反应，每反应一次，PVA负载金纳米粒子的复合纤维膜放入水中48小时后能再次使用；重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜的重复利用催化性能在10次后仍效率保持在原有效率94％。
实施例5
可重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜的制备方法，其工艺流程图如图1所示，具体如下：
(1)金种子溶液的制备：
配制十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和氯金酸(HAuCl4)摩尔比为350:1且含有氯金酸浓度为3.6×10-4M的去离子水溶液，向溶液中再加入零摄氏度的2.8倍氯金酸的摩尔数的硼氢化钠(NaBH4)，搅拌2分钟后静置一小时即得金种子溶液；
(2)PVA纳米纤维膜的制备：
将聚乙烯醇(PVA)加入84℃的去离子水中连续搅拌以溶解PVA粉末，配成聚合物质量浓度为12wt％的PVA溶液，然后将9％体积分数戊二醛加入PVA溶液中摇匀制得静电纺丝液，进行静电纺丝，将PVA纳米纤维沉积在铝箔上；然后在135℃的烘箱中放置4.5小时，完成PVA纤维交联；其中，静电纺丝参数：用18kV高压直流电，针尖到铝箔收集器之间距离为14cm，0.6ml/h的流速，静电纺丝60分钟；
(3)PVA纳米纤维膜上金种子的吸附：
用去离子水将步骤(1)制得的金种子溶液稀释3倍，用盐酸(HCl)溶液调节体系pH值至3，然后放入PVA纳米纤维膜，在60℃放置4小时后，捞出PVA纳米纤维膜用去离子水洗涤3次；
(4)在PVA纳米纤维上原位生长金纳米粒子：
a)首先将CTAB和HAuCl4按摩尔比75:1加入去离子水中，配置含有0.0006M的HAuCl4生长溶液；
b)然后取0.3M抗坏血酸水溶液为上述生长溶液12％的体积加入，并充分混合，使溶液变为无色；
c)将一块具有吸附的金种子的PVA纳米纤维添加到反应容器中，并使该溶液在40℃下静置12小时以上，然后将吸附的金种子的PVA纳米纤维膜通过去离子水洗涤3次；
重复步骤c)一次；
即制得重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜，金纳米粒子的负载量是8wt％。
重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜的催化还原4-硝基苯酚方法：将1℃冷的硼氢化钠(NaBH4)和4-硝基苯酚按摩尔比50:1加入添加到去离子水中搅拌均匀，配置含有3×10-4M 4-硝基苯酚的溶液，将一块PVA纳米纤维膜放入装在比色皿中4-硝基苯酚溶液中，通过紫外可见分光光度计原位测量催化反应，扫描波长范围为200nm至600nm；重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜进行催化硼氢化钠还原4-硝基苯酚反应，每反应一次，PVA负载金纳米粒子的复合纤维膜放入水中48小时后能再次使用；重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜的重复利用催化性能在10次后仍效率保持在原有效率90％。
实施例6
可重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜的制备方法，其工艺流程图如图1所示，具体如下：
(1)金种子溶液的制备：
配制十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和氯金酸(HAuCl4)摩尔比为370:1且含有氯金酸浓度为3.8×10-4M的去离子水溶液，向溶液中再加入零摄氏度的2.6倍氯金酸的摩尔数的硼氢化钠(NaBH4)，搅拌2分钟后静置一小时即得金种子溶液；
(2)PVA纳米纤维膜的制备：
将聚乙烯醇(PVA)加入86℃的去离子水中连续搅拌以溶解PVA粉末，配成聚合物质量浓度为13wt％的PVA溶液，然后将10％体积分数戊二醛加入PVA溶液中摇匀制得静电纺丝液，进行静电纺丝，将PVA纳米纤维沉积在铝箔上；然后在130℃的烘箱中放置4.3小时，完成PVA纤维交联；其中，静电纺丝参数：用22kV高压直流电，针尖到铝箔收集器之间距离为16cm，0.6ml/h的流速，静电纺丝45分钟；
(3)PVA纳米纤维膜上金种子的吸附：
用去离子水将步骤(1)制得的金种子溶液稀释4倍，用盐酸(HCl)溶液调节体系pH值至3，然后放入PVA纳米纤维膜，在55℃放置5小时后，捞出PVA纳米纤维膜用去离子水洗涤3次；
(4)在PVA纳米纤维上原位生长金纳米粒子：
a)首先将CTAB和HAuCl4按摩尔比85:1加入去离子水中，配置含有0.0008M的HAuCl4生长溶液；
b)然后取0.4M抗坏血酸水溶液为上述生长溶液12％的体积加入，并充分混合，使溶液变为无色；
c)将一块具有吸附的金种子的PVA纳米纤维添加到反应容器中，并使该溶液在40℃下静置12小时以上，然后将吸附的金种子的PVA纳米纤维膜通过去离子水洗涤3次；
重复步骤c)一次；
即制得重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜，金纳米粒子的负载量是9wt％。
重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜的催化还原4-硝基苯酚方法：将0℃冷的硼氢化钠(NaBH4)和4-硝基苯酚按摩尔比50:1加入添加到去离子水中搅拌均匀，配置含有4×10-4M 4-硝基苯酚的溶液，将一块PVA纳米纤维膜放入装在比色皿中4-硝基苯酚溶液中，通过紫外可见分光光度计原位测量催化反应，扫描波长范围为200nm至600nm；重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜进行催化硼氢化钠还原4-硝基苯酚反应，每反应一次，PVA负载金纳米粒子的复合纤维膜放入水中48小时后能再次使用；重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜的重复利用催化性能在10次后仍效率保持在原有效率92％。
实施例7
可重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜的制备方法，其工艺流程图如图1所示，具体如下：
(1)金种子溶液的制备：
配制十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和氯金酸(HAuCl4)摩尔比为385:1且含有氯金酸浓度为3.7×10-4M的去离子水溶液，向溶液中再加入零摄氏度的2.9倍氯金酸的摩尔数的硼氢化钠(NaBH4)，搅拌2分钟后静置一小时即得金种子溶液；
(2)PVA纳米纤维膜的制备：
将聚乙烯醇(PVA)加入85℃的去离子水中连续搅拌以溶解PVA粉末，配成聚合物质量浓度为14wt％的PVA溶液，然后将7％体积分数戊二醛加入PVA溶液中摇匀制得静电纺丝液，进行静电纺丝，将PVA纳米纤维沉积在铝箔上；然后在125℃的烘箱中放置4.5小时，完成PVA纤维交联；其中，静电纺丝参数：用23kV高压直流电，针尖到铝箔收集器之间距离为18cm，0.8ml/h的流速，静电纺丝50分钟；
(3)PVA纳米纤维膜上金种子的吸附：
用去离子水将步骤(1)制得的金种子溶液稀释3倍，用盐酸(HCl)溶液调节体系pH值至4，然后放入PVA纳米纤维膜，在45℃放置5小时后，捞出PVA纳米纤维膜用去离子水洗涤3次；
(4)在PVA纳米纤维上原位生长金纳米粒子：
a)首先将CTAB和HAuCl4按摩尔比90:1加入去离子水中，配置含有0.0002M的HAuCl4生长溶液；
b)然后取0.1M抗坏血酸水溶液为上述生长溶液12％的体积加入，并充分混合，使溶液变为无色；
c)将一块具有吸附的金种子的PVA纳米纤维添加到反应容器中，并使该溶液在40℃下静置12小时以上，然后将吸附的金种子的PVA纳米纤维膜通过去离子水洗涤3次；
重复步骤c)一次；
即制得重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜，金纳米粒子的负载量是8wt％。
重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜的催化还原4-硝基苯酚方法：将2℃冷的硼氢化钠(NaBH4)和4-硝基苯酚按摩尔比50:1加入添加到去离子水中搅拌均匀，配置含有3.5×10-4M 4-硝基苯酚的溶液，将一块PVA纳米纤维膜放入装在比色皿中4-硝基苯酚溶液中，通过紫外可见分光光度计原位测量催化反应，扫描波长范围为200nm至600nm；重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜进行催化硼氢化钠还原4-硝基苯酚反应，每反应一次，PVA负载金纳米粒子的复合纤维膜放入水中48小时后能再次使用；重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜的重复利用催化性能在10次后仍效率保持在原有效率90％。
实施例8
可重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜的制备方法，其工艺流程图如图1所示，具体如下：
(1)金种子溶液的制备：
配制十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和氯金酸(HAuCl4)摩尔比为400:1且含有氯金酸浓度为4×10-4M的去离子水溶液，向溶液中再加入零摄氏度的3倍氯金酸的摩尔数的硼氢化钠(NaBH4)，搅拌2分钟后静置一小时即得金种子溶液；
(2)PVA纳米纤维膜的制备：
将聚乙烯醇(PVA)加入90℃的去离子水中连续搅拌以溶解PVA粉末，配成聚合物质量浓度为14wt％的PVA溶液，然后将6％体积分数戊二醛加入PVA溶液中摇匀制得静电纺丝液，进行静电纺丝，将PVA纳米纤维沉积在铝箔上；然后在140℃的烘箱中放置4.5小时，完成PVA纤维交联；其中，静电纺丝参数：用19kV高压直流电，针尖到铝箔收集器之间距离为15cm，0.7ml/h的流速，静电纺丝50分钟；
(3)PVA纳米纤维膜上金种子的吸附：
用去离子水将步骤(1)制得的金种子溶液稀释3倍，用盐酸(HCl)溶液调节体系pH值至4，然后放入PVA纳米纤维膜，在50℃放置4小时后，捞出PVA纳米纤维膜用去离子水洗涤3次；
(4)在PVA纳米纤维上原位生长金纳米粒子：
a)首先将CTAB和HAuCl4按摩尔比100:1加入去离子水中，配置含有0.0008M的HAuCl4生长溶液；
b)然后取0.4M抗坏血酸水溶液为上述生长溶液12％的体积加入，并充分混合，使溶液变为无色；
c)将一块具有吸附的金种子的PVA纳米纤维添加到反应容器中，并使该溶液在40℃下静置12小时以上，然后将吸附的金种子的PVA纳米纤维膜通过去离子水洗涤3次；
重复步骤c)一次；
即制得重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜，金纳米粒子的负载量是8wt％。
重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜的催化还原4-硝基苯酚方法：将2℃冷的硼氢化钠(NaBH4)和4-硝基苯酚按摩尔比50:1加入添加到去离子水中搅拌均匀，配置含有3×10-4M 4-硝基苯酚的溶液，将一块PVA纳米纤维膜放入装在比色皿中4-硝基苯酚溶液中，通过紫外可见分光光度计原位测量催化反应，扫描波长范围为200nm至600nm；重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜进行催化硼氢化钠还原4-硝基苯酚反应，每反应一次，PVA负载金纳米粒子的复合纤维膜放入水中48小时后能再次使用；重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜的重复利用催化性能在10次后仍效率保持在原有效率91％。
Claims (9)
1.可重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜的制备方法，其特征是包括以下步骤：
(1)金种子溶液的制备：
配制十六烷基三甲基溴化铵和氯金酸摩尔比为300～400:1且含有氯金酸浓度为3～4×10-4M的去离子水溶液，向溶液中再加入零摄氏度2.3～3.0倍氯金酸的摩尔数的硼氢化钠，搅拌后静置即得金种子溶液；
(2)PVA纳米纤维膜上金种子的吸附：
用去离子水将步骤(1)制得的金种子溶液稀释2～4倍，用盐酸溶液调节体系pH值至1～4，然后放入PVA纳米纤维膜，在40～60℃放置一定时间后，捞出PVA纳米纤维膜用去离子水洗涤；
(3)在PVA纳米纤维上原位生长金纳米粒子：
a)首先将十六烷基三甲基溴化铵和氯金酸按摩尔比60～100:1加入去离子水中，配置含有0.0002～0.0008M的HAuCl4生长溶液；
b)然后取0.1～0.4M抗坏血酸水溶液为上述生长溶液12％的体积加入，并充分混合，使溶液变为无色；
c)将一块具有吸附的金种子的PVA纳米纤维添加到反应容器中，并使该溶液在40℃下静置12小时以上，然后将吸附的金种子的PVA纳米纤维膜通过去离子水洗涤；
重复步骤c)一次；
即制得重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜，金纳米粒子的负载量是8wt％-11wt％。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中搅拌后静置是指搅拌2分钟，静置一小时。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中放置一定时间是指放置4～6小时。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，用去离子水洗涤通常为洗涤3次。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述PVA纳米纤维膜的制备方法如下：
将PVA加入80～90℃的去离子水中连续搅拌以溶解PVA粉末，配成聚合物质量浓度为12～14wt％的PVA溶液，然后将5～10％体积分数戊二醛加入PVA溶液中摇匀制得静电纺丝液，进行静电纺丝，将PVA纳米纤维沉积在铝箔上；然后在120～140℃的烘箱中放置4小时以上，完成PVA纤维交联。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝参数：用18～23kV高压直流电，针尖到铝箔收集器之间距离为12～18cm，0.6～0.8ml/h的流速，静电纺丝45～60分钟。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜的催化还原4-硝基苯酚方法：将零到四摄氏度冷的硼氢化钠和4-硝基苯酚按摩尔比50:1加入添加到去离子水中搅拌均匀，配置含有2～4×10-4M 4-硝基苯酚的溶液，将一块PVA纳米纤维膜放入装在比色皿中4-硝基苯酚溶液中，通过紫外可见分光光度计原位测量催化反应，扫描波长范围为200nm至600nm。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜进行催化硼氢化钠还原4-硝基苯酚反应，每反应一次，PVA负载金纳米粒子的复合纤维膜放入水中48小时后能再次使用。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述重复利用催化性能高分子金纳米粒子复合纤维膜的重复利用催化性能在10次后仍效率保持在原有效率90％以上。
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