【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纳米复合材料，特别是涉及一种耐高温、抗污染zif-8/pi纳米复合过滤材料及其制备方法。
技术介绍
1、随着工业化进程的加快，空气污染问题日益严重，其中pm0.3等微小颗粒物对人类健康和环境造成了巨大威胁。传统的过滤材料在过滤效率和耐高温性能方面存在局限性，尤其在高温环境下，其性能显著下降，无法满足现代工业的高标准要求。
2、为了解决这一问题，科研人员一直在探索新型过滤材料。中国专利号201810719982.8描述了一种创新的多层结构过滤材料制备方法，该方法采用静电纺丝技术结合特定化学处理。通过两种paa溶液的静电纺丝，形成了具有热稳定性的纤维层，并通过热亚胺化处理进一步提升了材料性能，展现出良好的过滤效率。然而，尽管该技术在过滤效率方面表现优异，但尚未探索将mofs材料集成至过滤结构中以利用其高比表面积和可调节孔径的潜力。
3、中国专利号202311137888.9公开了一种结合了聚乳酸和壳聚糖特性的cs@zif-8/pla复合静电纺丝纤维膜。该材料不仅具备生物降解性、抗菌性能，还具有高过滤效率和强化学稳定性，却难以适应极端工业环境，且现有技术在将mofs材料与纳米纤维膜结合时面临制备复杂、成本高昂和规模化生产难度大的挑战。
技术实现思路
1、鉴于现有技术的局限性，本专利通过将zif-8纳米粒子与pi结合，开发出一种耐高温、具有高化学稳定性和抗污染性能的纳米复合过滤材料。该材料不仅继承了mofs的高比表面积和孔隙调控优势，还通过pi的高耐温
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种耐高温、抗污染zif-8/pi纳米复合过滤材料及其制备方法，其特征在于，具体步骤包括：
3、一种耐高温、抗污染zif-8/pi纳米复合过滤材料及其制备方法，包括以下步骤：
4、(1).zif-8合成：将六水合硝酸锌(zn(no3)2·6h2o)溶于溶剂中，将2-甲基咪唑溶于与之相对应的溶剂。混合均匀，搅拌20min后室温静置不动。将静置得到的溶液离心三次，用无水甲醇清洗并在80-120℃的真空烘箱中干燥24h，得到白色粉末状的zif-8；
5、(2).纺丝液配制：将zif-8粉末分散到n,n-二甲基甲酰胺溶剂中制备第一溶液，随后，加入oda并搅拌溶解，形成第二溶液。接着，在该混合溶液中溶解二酐单体粉末，确保单体充分反应，静置6小时得到zif-8/paa前驱体溶液；
6、(3).制备zif-8/paa纳米纤维：将上述静置得到的zif-8/paa前驱体溶液加入注射器中，并利用静电纺丝方法在针刺毡基布上形成zif-8/paa纳米纤维层；
7、(4).亚胺化：将制备完成的zif-8/paa纳米复合过滤材料置于电热鼓风干燥箱80℃干燥1h，去除溶剂，然后将膜转移至马弗炉，主要分为两个阶段完成zif-8/paa纳米纤维膜的热酰亚胺化过程，从而得到pi纳米复合过滤材料。
8、优选的，所述步骤(1)中六水合硝酸锌与2-甲基咪唑的摩尔比为1:2-8，所述的溶剂为甲醇、乙醇和水中的至少一种；搅拌反应过程中转速为300-600rpm。
9、优选的，所述步骤(1)中离心的转速为8000-10000rpm，离心时间为10min，清洗过程中溶剂为同极性，清洗次数大于等于3次。
10、优选的，所述步骤(2)中oda与二酐单体的摩尔比为1:1-1.02，将二酐单体分8-10次添加到搅拌溶解均匀的第二溶液中，加入的量随着次数增加而减少，每一次需等加入的二酐单体粉末完全溶解后再加下一次，间隔时间约10-20min。
11、优选的，所述步骤(2)中二酐单体为pmda、bpda、odpa中的一种。
12、优选的，所述步骤(2)中通过控制zif-8与pmda的质量比，制备了掺杂量分别为1％-8％的前驱体溶液zif-8/paa。
13、优选的，所述步骤(3)中电纺条件为：纺丝电压为18-35kv，滚筒转速为100-200r/min，针尖到接收器距离为10-20cm，推料速度为0.001-0.01mm/s，环境温度为20-30℃，相对湿度为20-60％。
14、优选的，所述步骤(3)中纺丝溶液的浓度为10-30％，注射器喷头选择18g。
15、优选的，所述步骤(3)中针刺毡基布为：玄武岩纤维、玻璃纤维、聚酰亚胺、聚醚醚酮纤维中的一种或几种混合。
16、优选的，所述步骤(4)中第一阶段热酰亚胺化处理为100-200℃，保温20-40min，paa分子脱水环化成pi；第二酰胺化热处理温度为200-300℃，保温15-30min，亚胺化完成。
17、与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：(1)采用耐高温针刺毡作为支撑基体材料，既能保护纳米纤维，又能微调纳米纤维膜，使得复合过滤材料能够在高温等极端环境下保持结构稳定和性能不变；(2)与201810719982.8专利相比，通过引入zif-8纳米结构，本专利技术的过滤材料展现出超抗污染，有助于防止水分和污染物的粘附，从而降低滤料的维护需求并延长使用寿命；(3)zif-8纳米复合结构的加入，有效地细化了pi纤维的直径，同时增加了纤维间的静电效应，这些改进共同作用，显著提升了材料对pm2.5等细颗粒物的捕集效率。(4)与202311137888.9专利相比，本专利技术的方法制备工艺流程简洁，效率高，显著提升了材料的耐温性和耐化学性，使其更适合极端工业环境；(5)本专利技术的过滤材料凭借其卓越的多功能性，不仅适用于工业烟气处理和空气净化系统，而且其特别设计的静电混纺zif-8/pi结构还具备抗菌特性，拓宽了其在多个领域的应用潜力。
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1.一种耐高温、抗污染ZIF-8/PI纳米复合过滤材料及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种耐高温、抗污染ZIF-8/PI纳米复合过滤材料及其制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中六水合硝酸锌与2-甲基咪唑的摩尔比为1:2-8，所述的溶剂为甲醇、乙醇和水中的至少一种；搅拌反应过程中转速为300-600rpm。
3.根据权利要求1所述的一种耐高温、抗污染ZIF-8/PI纳米复合过滤材料及其制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中离心的转速为8000-10000rpm，离心时间为10min，清洗过程中溶剂为同极性，清洗次数大于等于3次。
4.根据权利要求1所述的一种耐高温、抗污染ZIF-8/PI纳米复合过滤材料及其制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中ODA与二酐单体的摩尔比为1:1-1.02，将二酐单体分8-10次添加到搅拌溶解均匀的第二溶液中，加入的量随着次数增加而减少，每一次需等加入的二酐单体粉末完全溶解后再加下一次，间隔时间约10-20min。
5.根据权利要求1所述的一种耐高温、抗污染ZIF-8/
6.根据权利要求1所述的一种耐高温、抗污染ZIF-8/PI纳米复合过滤材料及其制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中通过控制ZIF-8与PMDA的质量比，制备了掺杂量分别为1％-8％的前驱体溶液ZIF-8/PAA。
7.根据权利要求1所述的一种耐高温、抗污染ZIF-8/PI纳米复合过滤材料及其制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中电纺条件为：纺丝电压为18-35kV，滚筒转速为100-200r/min，针尖到接收器距离为10-20cm，推料速度为0.001-0.01mm/s，环境温度为20-30℃，相对湿度为20-60％。
8.根据权利要求1所述的一种耐高温、抗污染ZIF-8/PI纳米复合过滤材料及其制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中针刺毡基布为：玄武岩纤维、玻璃纤维、聚酰亚胺、聚醚醚酮纤维中的一种或几种混合。
9.根据权利要求1所述的一种耐高温、抗污染ZIF-8/PI纳米复合过滤材料及其制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中第一阶段热酰亚胺化处理为100-200℃，保温20-40min，PAA分子脱水环化成PI；第二酰胺化热处理温度为200-300℃，保温15-30min，亚胺化完成。
...【技术特征摘要】
1.一种耐高温、抗污染zif-8/pi纳米复合过滤材料及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种耐高温、抗污染zif-8/pi纳米复合过滤材料及其制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中六水合硝酸锌与2-甲基咪唑的摩尔比为1:2-8，所述的溶剂为甲醇、乙醇和水中的至少一种；搅拌反应过程中转速为300-600rpm。
3.根据权利要求1所述的一种耐高温、抗污染zif-8/pi纳米复合过滤材料及其制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中离心的转速为8000-10000rpm，离心时间为10min，清洗过程中溶剂为同极性，清洗次数大于等于3次。
4.根据权利要求1所述的一种耐高温、抗污染zif-8/pi纳米复合过滤材料及其制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中oda与二酐单体的摩尔比为1:1-1.02，将二酐单体分8-10次添加到搅拌溶解均匀的第二溶液中，加入的量随着次数增加而减少，每一次需等加入的二酐单体粉末完全溶解后再加下一次，间隔时间约10-20min。
5.根据权利要求1所述的一种耐高温、抗污染zif-8/pi纳米复合过滤材料及其制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中二酐单体为pmda、bp...
【专利技术属性】
技术研发人员：邵瑞琪，李宽，徐志伟，王维，时欣宇，石海婷，常圆圆，
申请(专利权)人：天津工业大学绍兴柯桥研究院，
类型：发明
国别省市：
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