纤维素水凝胶基纳米银复合材料的制备及其催化性能研究

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在催化领域,简便、温和、高效地将贵金属纳米粒子负载在合适的载体上一直都是个有趣的研究热点。水凝胶凭借着自身的独特优势成为了区别于传统载体的新型替代者。随着社会和技术的进步,人们越来越重视自然环境,科学界对基于贵金属纳米粒子的可持续生物质材料的发展给予了极大的关注。纤维素在自然界中储量多,来源广,通过溶胶-凝胶法得到的纤维素基水凝胶不仅具有高孔隙率,大比表面的3D网状结构,而且纤维素的活性羟基使得其具有大量的反应位点,易于进一步修饰。本论文旨在采用简便的一锅法将硝酸银(Ag NO3)掺入到纤维素溶液中,再通过溶胶-凝胶法制备纤维素水凝胶基纳米银复合催化剂,具体工作如下:(1)选用LiCl/DMAc极性溶剂将纤维素(脱脂棉)溶解,一锅法将单宁酸(TA)溶液,Ag NO3溶液加入到溶解完全的纤维素溶液中,制备一系列Ag Cla@TAb-CHd-e复合催化剂,其中Ag Cl纳米粒子的大小及分散情况可以通过TA的含量调节,当TA含量为5.0 wt%时,Ag Cl纳米粒子达到最小的5.5 nm。选用对硝基苯酚(4-NP)的还原为模型反应,考察了催化剂的制备条件,优选出了最佳催化剂Ag [email protected],随后对反应条件进行优化,最高反应速率常数kr为1.383 min-1。XRD,FT-IR表征表明纤维素和TA的成功复合,XRD,XPS表征表明硼氢化钠(Na BH4)在反应中肩负着双重作用,先将Ag Cl原位还原为Ag NPs,其再参与反应还原,即“在线还原后催化”。(2)选用低温的Na OH/尿素/水体系对纤维素(棉短绒)进行溶解,用Li F/HCl刻蚀液对Ti3Al C2进行刻蚀制备2D MXene(Ti3C2Tx)纳米片溶液,SEM,TEM,HR-TEM,XRD,XPS表征证明Ti3C2Tx纳米片的成功制备。将制备的MXene溶液加到溶解完全的纤维素溶液中,再将Ag NO3溶液滴入到MXene-纤维素的混合溶液中,制备一系列O-Ag NPsa@MbCHd-e催化剂,其中Ag NPs的大小及分散情况可以通过MXene的含量调节,当MXene含量为0.32 wt%时,MXene纳米片上Ag NPs最小为3.9 nm。选用4-NP的还原为模型反应,对催化剂进行制备条件优化,选出的最佳催化剂O3-Ag [email protected]的TOF值为633.30 h-1,随后对反应条件进行优化,TOF最高为791.63 h-1,反应速率常数kr最高为1.170 min-1。采用膜分离技术进行催化剂的重复使用性实验,重复使用13次后转化率仍保持在98.2%。
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