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[原创]中科院：新型纤维膜状氧化铝基催化剂的研究进展（2018-08-31 15:04:18）

标签：催化剂 静电纺丝  

氧化铝是常用催化剂载体，性能稳定，浸入水中不易发生软化、溶胀或崩碎破裂，具有较强的耐冲击和抗磨损能力。目前，氧化铝基催化剂的宏观形貌多数局限为粉末状。通常，粉末状材料悬浮分散在水溶液中，使用之后需过滤或离心才能分离回收，在实际应用中具有一定的局限性。

近日，中国科学院生态环境研究中心王雁博士（第一作者）通过静电纺丝技术构建了一系列纤维膜状氧化铝基催化剂，包括Cu-Al2O3，Co-Al2O3，Pt/Al2O3纤维膜。该系列催化剂组成为纳米纤维，宏观形貌为柔性纤维膜，活性组分可根据实际需求进行调控；且该系列纤维膜具备机械强度高，柔韧性能好，催化活性高，孔隙度高等优点，可以广泛应用于水相或气相中颗粒物、有机污染物的降解去除。该纤维膜催化剂在实际应用中安全性高，不易导致二次污染，且易于操作和分离。

新型柔性自支撑Cu-Al2O3纤维膜在中性pH值下表现出高Fenton催化活性。其中，铜以Cu+和Cu2+的形式均匀地分布在纤维中，有利于其在中性条件下对污染物的芬顿催化降解性能。将1wt％Cu-Al2O3纤维膜置于膜反应器中，在中性pH值下加入适量H2O2，超过87％的双酚A可以在180分钟内降解。Cu-Al2O3纤维膜优异的催化性能、良好的膜柔韧性以及简便的制备工艺，使其成为具有广阔应用前景的新型异相Fenton催化剂。

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以往的研究表明，水中过量的钴离子有毒，有害人类健康。非均相钴基催化剂可以降低钴离子的溶出。然而，大多数钴基催化剂是纳米级粉末，其在使用期间悬浮在水中。这些纳米尺度由于暴露的活性位点较多，材料表现出高催化活性，但是其分离步骤较为繁琐，增加了操作成本。因此，制备同时具有纳米结构和易于操作的宏观形态的钴基催化剂特别重要。基于此，王雁博士通过简便的静电纺丝法成功地制备了新型Co-Al2O3纳米纤维膜。Co-Al2O3膜具有良好的柔韧性和高拉伸应力，以及极好的催化活性，可活化过一硫酸盐（PMS）以降解水中的有机污染物。二价钴离子均匀地分布在纤维中，并形成Al-O-Co键，有利于纤维膜的催化活性，并可降低钴离子的溶出。11％Co-Al2O3-600℃纤维膜可以通过活化PMS将双酚A（BPA）在40分钟内100%降解去除。因此，该研究结果表明Co-Al2O3膜在水修复领域的具有巨大的应用潜力，此外，该研究开辟了制备新颖膜形式的非均相催化剂新方法。

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此外，尽管科研人员对Pt/Al2O3催化剂进行了深入的研究，但制备具有粉末状之外的其他宏观形貌仍然具有很大的挑战性。因此，寻找制备具有新颖形貌的Pt/Al2O3催化剂的新方法是很重要的。近日，王雁博士通过静电纺丝工艺成功制备了一种新型的柔性自支撑Pt/Al2O3纳米纤维膜催化剂。在合成过程中，Pt纳米颗粒的嵌入与Al2O3纳米纤维的形成同时进行。Pt/Al2O3膜表现出优异的机械性能，拉伸应力高达44.14MPa。值得注意的是，Pt/Al2O3膜具有多功能性和优异的催化性能。实验表明，当Pt/Al2O3膜用作催化剂时，在60分钟内可以除去100％的双酚A，在242℃温度下，100％的CO完全转化为CO2。该膜还具有优异的过滤性能，可以明显降低水的混浊度，并满足了颗粒空气过滤器高效率的标准。此外，该膜具有优异的柔韧性、机械性能和多功能性，因此，其扩展了Pt/Al2O3膜潜在的应用范围。

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附：文献信息

《Electrospun flexible self-standing Cu-Al2O3 fibrous membranes as Fenton catalysts for bisphenol A degradation》发表在J. Mater. Chem. A期刊

论文第一作者：王雁

论文通讯作者：赵旭

论文连接：https://doi.org/10.1039/c7ta04386d

项目资助：北京自然科学基金等

《The synthesis of novel Co–Al2O3 nanofibrous membranes with efficient activation of peroxymonosulfate for bisphenol A degradation》发表在Environ. Sci.: Nano期刊

论文第一作者：王雁

论文通讯作者：赵旭

论文链接：https://doi.org/10.1039/c8en00366a

资助项目：国家自然科学基金等

《Novel Flexible Self-Standing Pt/Al2O3 Nanofibrous Membranes: Synthesis and Multifunctionality for Environmental Remediation》发表在ACS Appl. Mater. Interfaces期刊

论文第一作者：王雁

论文通讯作者：赵旭

论文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.8b07637

资助项目：国家重点研发计划项目等

链接地址：http://www.espun.cn/news/detail-384.html

文章来源：易丝帮