静电纺丝制备多孔纳米纤维及其催化酯化反应的应用

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以静电纺丝方法制备的一维连续纳米纤维膜作为纳米催化剂的载体,可以解决纳米材料难以回收的难题,而纤维间微米级的孔结构降低了使用过程中的传质阻力,使其成为一种优良的催化剂载体。通过在纺丝溶液中加入无机盐碳酸氢钠(NaHCO3),可以在纳米纤维表面形成中孔(2-50nnm)及大孔(50nm以上)结构,进一步提高纤维膜的比表面积和孔隙率。通过热处理的方法不仅可以提高纤维膜的机械性能,而且能使纳米纤维表面孔结构发生收缩。将PFSA阳离子树脂以浸渍法和热处理负载并固定于纤维膜之上,酸化后用于乙酸乙酯的催化酯化反应。研究结果如下:首先,研究了NaHCO3对纳米纤维形貌的影响,随着添加量的增加,经酸洗去除NaHCO3的纤维膜比表面积和孔隙率有显著提高,孔径分布曲线中最可几孔径由小于10nm的转变到50-70nm之间,且孔体积明显提高,最大值达到0.288cm3.g-1。其次,通过浸渍和热处理的方式将PFSA负载固定于纤维膜上,通过其孔径分布dD-dLogD曲线看出,经热处理后,300nm以下孔结构收缩明显,而且孔体积有一定程度下降。复合纤维膜离子交换能力最高有0.445mmol/g,PFSA离子交换能力的利用率高达88.6%,且复合纤维膜回收率均在96%以上,再次活化后其离子交换能力基本保持初始状态,说明通过浸渍法和热处理法负载PFSA树脂于纤维膜上具有优良效果和可行性。最后,通过催化酯化的评价实验发现,浸渍法制备的复合纤维膜催化剂效果优于共混法,随着催化剂用量的提高,最高1小时转化率即接近90%,其反应动力学常数最高可达5.267×10-4m3·kmol-1s-1·g-1,优于同类型商业化酸性阳离子树脂。
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