一种原位MOF化立构复合聚乳酸微/纳纤自供能滤膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种原位MOF化立构复合聚乳酸微/纳纤自供能滤膜及其制备方法。该方法步骤如下：采用微波辅助合成法和模板法相结合，制备形貌均一、尺寸稳定ZIF

【技术实现步骤摘要】
一种原位MOF化立构复合聚乳酸微/纳纤自供能滤膜及其制备方法


[0001]本专利技术属于纤维过滤膜
，尤其涉及一种原位MOF化立构复合聚乳酸微/纳纤自供能滤膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]大气颗粒物(PM)污染对经济和公共卫生产生了重大影响。由于细微PM(空气动力学直径≤2.5μm，即PM2.5)可携带大量细菌和病毒渗入人体呼吸系统并对人体造成伤害，因此需要高效低能耗的策略来保护公众免受严重PM污染，同时为了缓解传统过滤材料所带来的塑料污染与微塑料危害，对有效去除PM的可降解空气过滤材料的需求正在增加。聚乳酸(PLA)的无毒性，高生物相容性，可完全生物降解性使其在空气过滤领域具有广泛应用前景。
[0003]但传统聚乳酸纤维膜在实际用作空气过滤膜中还存在以下问题：(1)过滤效率相对较低；(2)自清洁能力较差；(3)摩擦电输出性能较弱。
[0004]因此，迫切需要对聚乳酸纤维过滤膜进行改进，使其更好的应用于空气过滤。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种原位MOF化立构复合聚乳酸微/纳纤自供能滤膜及其制备方法，满足对长效空气过滤膜的需求。
[0006]具体技术方案如下：
[0007]一种原位MOF化立构复合聚乳酸微/纳纤自供能滤膜，由纺丝液A、纺丝液B、电喷ZIF
‑
8原液制备；所述滤膜的纳米纤维平均直径为150～1000nm，微米纤维平均直径为1～10μm，珠状物尺寸为1～20μm，纤维表面介孔尺寸为50～500nm，纤维膜厚度为20～600μm。
[0008]进一步的，所述纺丝液A包括PLLA/PDLA共混物，PLLA/PDLA共混物在纺丝溶液A中的质量分数为0.1～7wt％；纺丝液B包括PLLA/PDLA共混物，PLLA/PDLA共混物在纺丝溶液A中的质量分数为8～18wt％。
[0009]一种制备上述所述的原位MOF化立构复合聚乳酸微/纳纤自供能滤膜的方法，包括以下步骤：
[0010]S1.制备ZIF
‑
8晶体：将2
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甲基咪唑溶液和锌盐混合进行微波辅助合成，制备ZIF
‑
8分散液，提取、干燥后获得ZIF
‑
8晶体；
[0011]S2.制备ZIF
‑
8电喷原液：将S1所得ZIF
‑
8晶体在溶剂中分散，并加入分散剂，得到稳定均一的电喷ZIF
‑
8原液；
[0012]S3.制备静电纺丝溶液A：将PDLA同PLLA按一定摩尔比混合后溶解在由良溶剂和非良溶剂组成的混合溶剂中，制备纺丝液A(低浓度)；
[0013]S4.制备静电纺丝溶液B：将PDLA同PLLA按一定摩尔比混合后溶解在由良溶剂和非良溶剂组成的混合溶剂中，制备纺丝液B(高浓度)；
[0014]S5.制备原位MOF化立构复合聚乳酸微/纳纤自供能滤膜：将S2所得ZIF
‑
8电喷原液和S3所得纺丝液A、S4所得纺丝液B经同步电喷雾/电纺法制备纤维膜，经过原位退火处理后形成了一种自供能MOF化立构复合聚乳酸微/纳纤滤膜。
[0015]进一步的，所述步骤S1中所用的水溶性锌盐硝酸锌、氯化锌、硫酸锌、乙酸锌中的至少一种，锌盐的浓度为0.01～5mol/L，2
‑
甲基咪唑与锌盐的摩尔比为40∶1～1∶40。
[0016]进一步的，所述步骤S1中微波反应釜输出功率为100～1500W，反应温度为40～200℃，反应时间为20～120min。
[0017]进一步的，所述步骤S2中所用的分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的至少一种，ZIF
‑
8和分散剂的质量比1∶10～1∶1000。
[0018]进一步的，所述步骤S2中所用的溶剂为二甲基甲酰胺、二氯甲烷、三氯甲烷、N
‑
甲基吡咯烷酮、六氟异丙醇、甲醇、乙醇、异丙醇、丙三醇中的至少一种，ZIF
‑
8在分散液中质量分数为0.01～10wt％。
[0019]进一步的，所述步骤S3中所用良溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、N，N
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二甲基甲酰胺、N
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甲基吡咯烷酮、六氟异丙醇、四氢呋喃和乙酸乙酯中的至少一种，非良溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、丙三醇、丁醇、乙二醇和丙二醇中的至少一种；纺丝液A中PDLA和PLLA的摩尔比为1∶0.1～1∶20，非良溶剂和良溶剂的体积为1∶1～1∶10，PLLA/PDLA共混物在纺丝溶液A中的质量分数为0.1～7wt％。
[0020]进一步的，所述步骤S4中所用良溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、N，N
‑
二甲基甲酰胺、N
‑
甲基吡咯烷酮、六氟异丙醇、四氢呋喃和乙酸乙酯中的至少一种，非良溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、丙三醇、丁醇、乙二醇和丙二醇中的至少一种；纺丝液B中PDLA和PLLA的摩尔比为1∶0.1～1∶20，非良溶剂和良溶剂的体积比为1∶1～1∶100，PLLA/PDLA共混物在纺丝溶液B中的质量分数为8～18wt％。
[0021]进一步的，所述步骤S5中静电纺丝针的针头直径为0.06～1.54mm，施加静电场电压为10～60kV，纺丝温度为20～65℃，环境相对湿度为25％～85％。
[0022]进一步的，所述步骤S5中ZIF
‑
8电喷原液消耗速率为0.1～10mL/h，纺丝液A的消耗速率为0.1～10mL/h，纺丝液B的消耗速率为0.1～10mL/h，接收距离为10～30cm。
[0023]进一步的，所述步骤S5中，纺丝液A所得纤维平均直径为150～1000nm，纺丝液B所得纤维平均直径为1～10μm。
[0024]本专利技术与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
[0025](1)本专利技术的原位MOF化立构复合聚乳酸微/纳纤自供能滤膜的制备方法中，通过左旋聚乳酸(PLLA)和右旋聚乳酸(PDLA)混合共纺制备立构复合化聚乳酸，提高β晶含量并改善摩擦电输出性能，利用PDLA/PLLA混合溶液的浓度梯度差，构建微/纳多级结构，实现可控调节串珠形貌和数量。通过构建“聚合物
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非良溶剂
‑
良溶剂”三元体系，在不良溶剂诱导相分离下实现原位生成可控介孔结构。
[0026](2)本专利技术的原位MOF化立构复合聚乳酸微/纳纤自供能滤膜通过串珠/多孔结构以及ZIF
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8在纤维表面的锚定赋予纤维具有高比表面积与表面活性，提高过滤性能同时降低空气阻力，增加纤维摩擦接触面积提高摩擦输出性能。同时串珠结构与ZIF
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8有助于构建超疏水表面使纤维膜具有良好的自清洁能力。
[0027](3)本专利技术的原位MOF化立构复合聚乳酸微/纳纤自供能滤膜的比表面积达到330.5
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种原位MOF化立构复合聚乳酸微/纳纤自供能滤膜，其特征在于，由纺丝液A、纺丝液B、电喷ZIF
‑
8原液制备；所述滤膜的纳米纤维平均直径为150～1000nm，微米纤维平均直径为1～10μm，珠状物尺寸为1～20μm，纤维表面介孔尺寸为50～500nm，纤维膜厚度为20～600μm。2.根据权利要求1所述的原位MOF化立构复合聚乳酸微/纳纤自供能滤膜，其特征在于，所述纺丝液A包括PLLA/PDLA共混物，PLLA/PDLA共混物在纺丝溶液A中的质量分数为0.1～7wt％；纺丝液B包括PLLA/PDLA共混物，PLLA/PDLA共混物在纺丝溶液A中的质量分数为8～18wt％。3.一种制备权利要求1或2所述的原位MOF化立构复合聚乳酸微/纳纤自供能滤膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.制备ZIF
‑
8晶体：将2
‑
甲基咪唑溶液和锌盐混合进行微波辅助合成，制备ZIF
‑
8分散液，提取、干燥后获得ZIF
‑
8晶体；S2.制备ZIF
‑
8电喷原液：将S1所得ZIF
‑
8晶体在溶剂中分散，并加入分散剂，得到稳定均一的电喷ZIF
‑
8原液；S3.制备静电纺丝溶液A：将PDLA同PLLA按一定摩尔比混合后溶解在由良溶剂和非良溶剂组成的混合溶剂中，制备纺丝液A；S4.制备静电纺丝溶液B：将PDLA同PLLA按一定摩尔比混合后溶解在由良溶剂和非良溶剂组成的混合溶剂中，制备纺丝液B；S5.制备原位MOF化立构复合聚乳酸微/纳纤自供能滤膜：将S2所得ZIF
‑
8电喷原液和S3所得纺丝液A、S4所得纺丝液B经同步电喷雾/电纺法制备纤维膜，经过原位退火处理后形成了一种自供能MOF化立构复合聚乳酸微/纳纤滤膜。4.根据权利要求3所述的原位MOF化立构复合聚乳酸微/纳纤自供能滤膜的方法，其特征在于，所述步骤S1中所用的水溶性锌盐硝酸锌、氯化锌、硫酸锌、乙酸锌中的至少一种，锌盐的浓度为0.01～5mol/L，2
‑
甲基咪唑与锌盐的摩尔比为40∶1～1∶40。5.根据权利要求3所述的原位MOF化立构复合聚乳酸微/纳纤自供能滤膜的方法，其特征在于，所述步骤S1中微波反应釜输出功率为100～1500W，反应温度为40～200℃，反应时间为20～120...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐欢，尚涵，郝雅馨，李欣雨，王存民，黄胜，朱金佗，何新建，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：