多级孔密胺树脂-金属复合膜的制备与催化性能研究

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在工业生产和人类生活中酚类化合物作为合成和生产农药、医药等化学产品的原材料被广泛应用。酚类微污染物主要分布在地表水和水生环境中,直接或间接的对人类身体健康造成很大危害。目前催化还原法去除水中酚类污染物具有高效、经济、环保等优点,对环境保护具有很大的实用价值。负载贵金属纳米粒子的多级孔材料由于兼顾高表面积和高传质效率,经常被用于催化降解水中酚类污染物,但多级孔材料回收困难。膜分离具有操作简单,成本低等优点,已广泛应用于催化领域。因此,本文通过结合多级孔聚合物和膜的优势,采用高内相乳液聚合成功制备了一种新型的多级孔密胺树脂填充的金属复合膜(ah-PMF-NF),其中,微孔结构显著的提高了材料的表面积,为多级孔膜提供了大量的功能位点;大孔可以显著提高多级孔膜的传质效率。通过对钯离子和银离子的吸附、还原制备多级孔催化膜(Pd@ah-PMF-NF和Ag@ah-PMF-NF),以对硝基苯酚(4-NP)和对氯苯酚(4-CP)为目标污染物,采用静态浸泡和动态过滤两种方式对催化膜的催化性能进行研究。提出了多级孔催化膜(Pd@ah-PMF-NF和Ag@ah-PMF-NF)的制备方法,用于催化降解水中酚类污染物(4-NP和4-CP)。通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)、表面积多孔分析仪(BET)、热重分析(TG)、X-射线衍射仪(XRD)、X-射线光电子能谱(XPS)、高效液相色谱(HPLC)等测试方法对复合催化膜进行表征。结果表明,Pd@ah-PMF-NF和Ag@ah-PMF-NF复合催化膜对4-NP的催化加氢反应具有很高的催化活性:室温和连续流反应条件下,两种膜对4-硝基苯酚的半小时转化率都可达到99%,反应的表观反应速率常数(kapp)分别为2.78×10-3 s-1和4.7×10-3 s-1。对于4-CP,Pd@ah-PMF-NF复合催化膜在连续流反应条件和室温下的5小时转化率达到99%。相比于传统的粉末催化剂,该膜材料在使用过程中无需过滤等后处理来回收催化剂,并且具有更强的催化效率,具有很高的实用价值。
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