CN115770568A - 一种基于静电纺丝技术制备多孔碳纤维负载贵金属纳米颗粒复合材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种本发明属于纳米催化材料技术领域，具体涉及一种PAN/PMMA基多孔纳米碳纤维负载贵金属复合材料的制备方法，碳纤维中孔洞来源于预氧化过程中PMMA的优先分解，通过一步法负载贵金属，使多孔碳纤维表面原位生长贵金属纳米颗粒，且贵金属颗粒均匀分散，不易脱落，提高催化剂性能，延长催化剂使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于纳米催化材料技术领域，具体涉及一种PAN/PMMA基多孔纳米碳纤维负载贵金属复合材料的制备方法。
背景技术
室内装饰及建材带来的甲醛污染问题逐渐引起了人们的重视与关注，经研究发现，长期暴露于甲醛环境中会降低机体的呼吸功能，影响机体的免疫应答，人类吸入高浓度甲醛可导致支气管哮喘、肺炎等呼吸道疾病，甲醛对健康的危害近年来引起越来越多的关注，如何高效净化消除室内空气中的甲醛成为人们关注的热点。
催化氧化法具有效率高、降解完全和无污染的特点，被认为是最有效、最有前途的室内甲醛消除方法。多孔碳纤维因其具有较高的机械强度、大的比表面积和优良的导电性常被用作催化剂的载体，如专利CN 106521717 B公开的一种高比表面积多孔碳纤维的制备方法和专利CN108816222 A公开的一种银基甲醛吸附催化剂的制备方法，前者需在碳化过程结束后使用热碱法洗去二氧化硅造孔剂，制备过程繁琐；而后者采用两步法负载银的方法导致该催化剂存在易团聚、稳定性差等问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述技术存在的问题，提供一种基于静电纺丝技术制备多孔碳纤维负载贵金属纳米颗粒复合材料的方法，碳纤维中孔洞来源于PMMA的优先分解，通过一步法负载贵金属，使多孔碳纤维表面原位生长贵金属颗粒，且贵金属颗粒均匀分散，不易脱落，从而提高催化剂性能。
本发明所述的基于静电纺丝技术制备多孔碳纤维负载贵金属纳米颗粒复合材料的制备方法为：
1)将PAN和PMMA按照一定的质量比溶解于溶剂中，在加热搅拌一段时间后，加入氯铂酸溶液，制得静电纺丝前驱液；
2)将步骤(1)中的前驱液进行静电纺丝，得到原纤维膜；
3)将步骤(2)中得到的原纤维膜置于马弗炉中进行预氧化，得到预氧化膜；
4)将步骤(3)中得到的预氧化膜置于管式炉中进行热还原，得到多孔碳纤维负载贵金属纳米颗粒复合材料。
所述步骤(1)中的静电纺丝前驱液的质量浓度为12％-21％；PAN和PMMA的质量比为(15-7.5):(0-7.5)；溶剂为N-N二甲基甲酰胺(DMF)、N-N二甲基乙酰胺(DMAc)、丙酮、N-甲基吡咯烷酮中的一种或几种；加热温度为50-90℃；加热时间为2-4h；前驱液中氯铂酸浓度为0.1wt.％-1wt.％。
所述步骤(2)中的纺丝电压为10-15kV；推进速度为0.5-1.5mL/h；接收距离为15-25cm。
所述步骤(3)中，马弗炉升温速率为1-5℃/min；保温温度为260-320℃；保温时间为1-3h。
所述步骤(4)中，管式炉升温速率为1-5℃/min；保温温度为800-1100℃；保温时间为1-3h；保护气氛为N2，Ar等惰性气体。
与现有技术相比，本发明提供了一种基于静电纺丝技术制备多孔碳纤维负载贵金属纳米颗粒复合材料的制备方法，具备以下有益效果：
1、本发明提供的制备方法所制得的多孔碳纤维结构稳定，通过原料配比可有效调控纳米纤维的直径和孔洞分布。
2、本发明成孔机理为PMMA分解成孔，不需要水洗加热洗去模板，操作简单，成本更低。
3、一步法负载金属贵金属，有利于贵金属颗粒均匀分散，且不易脱落。
附图说明：无
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
(1)配制静电纺丝前驱液：将1.2g PAN和0.3g PMMA加入8.49g DMAc中，将配好的混合物在50℃加热2h，待PAN和PMMA全部溶解，加入0.01g氯铂酸，待氯铂酸溶解，即制得静电纺丝前驱液。
(2)静电纺丝：将步骤(1)中制得的静电纺丝前驱液注入2mL的注射器中进行纺丝，纺丝参数为：正压15kV，负压2kV；接收距离为15cm；推进速度为1mL/h，制得原纤维膜。
(3)预氧化：将步骤(2)中制得的原纤维膜置于马弗炉中，以1℃/min的升温速率升温至280℃，保温1h后降至室温得到预氧化膜。
(4)碳化：将步骤(3)中的预氧化膜置于管式炉中，在惰性气氛保护下以2℃/min的升温速率升温至1000℃，保温1h后降至室温得到多孔碳纤维负载Pt纳米颗粒复合材料。
实施例2
(1)配制静电纺丝前驱液：将0.9g PAN和0.6g PMMA加入8.49gDMAc中，将配好的混合物在50℃加热2h，待PAN和PMMA全部溶解，加入0.01g氯金酸，待氯金酸溶解，即制得静电纺丝前驱液。
(2)静电纺丝：将步骤(1)中制得的静电纺丝前驱液注入2mL的注射器中进行纺丝，纺丝参数为：正压17kV，负压2kV；接收距离为20cm；推进速度为0.8mL/h，制得原纤维膜。
(3)预氧化：将步骤(2)中制得的原纤维膜置于马弗炉中，以1℃/min的升温速率升温至300℃，保温1h后降至室温得到预氧化膜。
(4)碳化：将步骤(3)中的预氧化膜置于管式炉中，在惰性气氛保护下以5℃/min的升温速率升温至1000℃，保温2h后降至室温得到多孔碳纤维负载Au纳米颗粒复合材料。
实施例3
(1)配制静电纺丝前驱液：将0.75g PAN和0.75g PMMA加入8.48gDMAc中，将配好的混合物在50℃加热2h，待PAN和PMMA全部溶解，加入0.02g氯铂酸，待氯铂酸溶解，即制得静电纺丝前驱液。
(2)静电纺丝：将步骤(1)中制得的静电纺丝前驱液注入2mL的注射器中进行纺丝，纺丝参数为：正压19kV，负压3kV；接收距离为15cm；推进速度为0.8mL/h，制得原纤维膜。
(3)预氧化：将步骤(2)中制得的原纤维膜置于马弗炉中，以1℃/min的升温速率升温至320℃，保温1h后降至室温得到预氧化膜。
(4)碳化：将步骤(3)中的预氧化膜置于管式炉中，在惰性气氛保护下以2℃/min的升温速率升温至1100℃，保温2h后降至室温得到多孔碳纤维负载Pt纳米颗粒复合材料。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (9)
1.一种基于静电纺丝技术制备多孔碳纤维负载贵金属纳米颗粒复合材料的方法，包括：
1)将PAN和PMMA按照一定的质量比溶解于溶剂中，在加热搅拌一段时间后，加入贵金属盐溶液，制得静电纺丝前驱液；
2)将步骤(1)中的前驱液进行静电纺丝，得到原纤维膜；
3)将步骤(2)中得到的原纤维膜置于马弗炉中进行预氧化，得到预氧化膜；
4)将步骤(3)中得到的预氧化膜置于管式炉中进行热还原，得到多孔碳纤维负载Pt纳米颗粒复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的静电纺丝前驱液的质量浓度为12％-21％；PAN和PMMA的质量比为(15-7.5):(0-7.5)。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中溶剂为N-N二甲基甲酰胺(DMF)、N-N二甲基乙酰胺(DMAc)、丙酮、N-甲基吡咯烷酮中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中加热温度为50-90℃，加热时间为2-4h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中前驱液中氯铂酸浓度为0.1wt.％-1wt.％。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的纺丝电压为10-15kV；推进速度为0.5-1.5mL/h；接收距离为15-25cm。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，马弗炉升温速率为1-5℃/min；保温温度为260-320℃；保温时间为1-3h。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中，管式炉升温速率为1-5℃/min；保温温度为800-1100℃；保温时间为1-3h；保护气氛为N2，Ar等惰性气体。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，贵金属种类为Pt，Pd，Au、Ag中的一种。
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