多級(jí)多孔材料負(fù)載納米二氧化錳微反應(yīng)器的研究.pdf

1、室內(nèi)污染物(VOCs)控制對人類健康非常重要。本文對無光催化分解VOCs材料的制備與表征進(jìn)行研究。采用KMnO4與MnSO4·H2O為反應(yīng)物制備的γ-MnO2顆粒具有納米晶粒結(jié)構(gòu)的特征，為納米棒自組裝形成的絨球狀多孔隙結(jié)構(gòu);以KMnO4、NaOH、H2O2為反應(yīng)物制備的δ-MnO2具有納米晶粒結(jié)構(gòu)，呈納米層狀結(jié)構(gòu);以KMnO4與MnSO4·H2O為反應(yīng)物，通過控制反應(yīng)條件制備的非晶態(tài)MnO2，其粒度小于所制備的γ-MnO2和δ-MnO2

2、的納米尺寸，其納米化微晶結(jié)構(gòu)得到體現(xiàn)。納米MnO2的催化氧化甲醛的活性會(huì)隨反應(yīng)的進(jìn)行逐漸降低，隨反應(yīng)溫度和甲醛初始濃度升高而升高，三種晶型的MnO2都表現(xiàn)出相類似的趨勢。相同條件下，三種不同晶型的MnO2對甲醛催化氧化性能的高低依次為:γ-MnO2＞非晶態(tài)MnO2＞δ-MnO2。在不同條件下，γ-MnO2表現(xiàn)出最高的甲醛去除量。
　　采用浸漬法制備的納米MnO2@丙烯腈-偏氯乙烯共聚物(P(AN-VDC))/活性炭(AC)復(fù)合纖維

3、可負(fù)載的MnO2顆粒明顯多于偶聯(lián)法復(fù)合纖維，但容易脫落且有部分團(tuán)聚;盡管偶聯(lián)法制得的負(fù)載纖維的顆粒負(fù)載量較小，但牢固較高，且分布均勻。當(dāng)偶聯(lián)劑-羧甲基纖維素鈉(CMC-Na)和聚乙烯醇(PVA)含量分別為1wt％和4.5 wt％時(shí)，MnO2粉末負(fù)載較牢固，且分布均勻。與浸漬法相比，偶聯(lián)法制備的復(fù)合纖維使用性能較好，甲醛去除率超過90％。P(AN-VDC)/AC復(fù)合纖維所含的AC具有微孔結(jié)構(gòu)，復(fù)合纖維為具有吸附作用的蜂窩狀多孔結(jié)構(gòu)，且AC

4、顆粒表面的含氧基團(tuán)使復(fù)合纖維具有弱極性，使復(fù)合纖維對甲醛等極性分子有吸附富集作用。復(fù)合纖維的多孔結(jié)構(gòu)為納米MnO2的催化氧化甲醛分解提供了大量微反應(yīng)空間，形成了將催化作用和吸附富集作用有機(jī)結(jié)合起來并產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)的微孔反應(yīng)器。
　　以P(AN-VDC)膜為載體利用相轉(zhuǎn)化法制備結(jié)合納米MnO2@AC復(fù)合催化劑。凝固浴溫度為50℃，MnO2@AC復(fù)合物中MnO2含量約為24 wt％時(shí)制備的復(fù)合薄膜清除甲醛活性較高。MnO2@P(AN-V

5、DC)/AC/NaCl復(fù)合薄膜的最佳凝固浴條件為50℃下的2％H2O2溶液，MnO2@P(AN-VDC)/AC/聚乙二醇(PEG)復(fù)合薄膜的最佳凝固浴條件為20℃下的水，作為添加物質(zhì)的NaCl和PEG都可以提高復(fù)合薄膜的甲醛清除活性，由于添加物起到致孔劑的作用，增加薄膜微反應(yīng)器的數(shù)量和反應(yīng)空間，增強(qiáng)了催化劑的催化作用和多孔材料的吸附富集作用，強(qiáng)化了協(xié)同效應(yīng)的微孔反應(yīng)器使得復(fù)合薄膜的甲醛清除活性增強(qiáng)。
　　膨脹石墨顆粒經(jīng)過篩選、超聲

6、等步驟處理，進(jìn)一步浸沒吸附、氧化還原，再經(jīng)100℃干燥制得MnO2@膨脹石墨，制備出了負(fù)載納米γ-MnO2@膨脹石墨復(fù)合顆粒。膨脹石墨經(jīng)過濃度為0.010 wt％的KMnO4處理所得到的MnO2@膨脹石墨復(fù)合顆粒的負(fù)載最均勻，甲醛清除活性較高。
　　通過液相沉淀和自制的循環(huán)裝置制備MnO2@聚偏氟乙烯(PVDF)中空纖維膜復(fù)合物，PVDF中空纖維膜的多級(jí)多孔結(jié)構(gòu)及其內(nèi)表面、外表面和橫截面上的大量凹槽結(jié)構(gòu)使得納米MnO2與PVDF中

7、空纖維結(jié)合較牢固，經(jīng)1h超聲脫負(fù)載處理后最大相對流失率為40％左右。納米MnO2@PVDF中空纖維復(fù)合膜的去除甲醛活性顯著提高，甲醛溶液的初始濃度為8.2 mg/L，反應(yīng)后剩余甲醛溶液濃度為0.3 mg/L，復(fù)合膜材料的甲醛去除率達(dá)到90％以上。復(fù)合膜去除甲醛的速率隨甲醛初始濃度的升高而加快，甲醛溶液初始濃度為24.6 mg/L時(shí)去除甲醛效果最好，去除率超過95％。
　　本論文將纖維、薄膜、顆粒和中空纖維膜等幾種不同類型的多級(jí)多孔