[发明专利]一种纳米纤维负载金属有机框架空气净化材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米纤维负载金属有机框架空气净化材料及其制备方法。利用静电纺丝方法制备了PS/Co(AC)₂纳米纤维膜，通过浸泡法，将Co²⁺配位浸泡液中的2‑甲基咪唑配体，使MOF材料原位生长在纳米纤维上，ZIF‑67@PS纳米纤维直径为500‑700nm。这种材料能够在结构上兼具二者的优点，具有较高的比表面积、大的孔隙率。这种聚苯乙烯纳米纤维负载金属有机框架材料不仅具有良好的过滤性能，同时还兼具气体吸附性能，可对甲醛等可挥发有机物进行吸附，在空气净化领域有着重要意义。

技术领域

本发明属于空气净化材料领域，涉及一种纳米纤维负载金属有机框架空气净化材料及其制备方法，应用于空气净化材料。

背景技术

近年来，PM2.5和甲醛等可挥发性有机物（VOCs）所引发的气体污染对公众健康造成了危害。世界卫生组织有关资料表明称，室内空气污染每年导致全球430万人死亡，室外空气污染则导致370万人死亡。目前大气环境质量总体是在改善，虽然还需要很长的路要走，但成效还是明显的。然而室内的污染控制，或者公众环境的污染控制，还任重道远。

金属有机骨架材料是由金属中心原子与有机配体经过自组装而形成的一类可灵活调节孔径的多孔材料。MOFs材料具有大的比表面积，高的孔隙率，结构及功能多样性等优异的特点，可通过表面可调控的静电荷和碱性官能团，实现对大量细微颗粒物和甲醛等可挥发有机物（VOC）的捕获和高效降解。在气体吸附与分离、催化反应、药物缓释、催化反应等领域受到人们的广泛研究。但大多数MOF材料制备为粉末状材料，限制了其实际应用，沸石咪唑骨架材料（ZIFs）作为MOFs的一个分支，不但继承了MOFs的结构优点，还在一定程度上克服了MOFs材料热稳定性和化学稳定性差的特点，而被广泛研究。静电纺丝是一种简单高效的生产纳米纤维的方法，通过该技术制备的纳米纤维膜具有较高的比表面积、大的孔隙率，可以用来制备高效低阻的空气过滤材料。这些优势使静电纺纳米纤维成为与MOFs材料复合的理想基体材料，将静电纺纳米纤维与MOFs材料复合可作为一种新型空气净化材料。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种纳米纤维负载金属有机框架空气净化材料及其制备方法。利用静电纺丝方法制备了纳米纤维膜，通过浸泡法，使纳米纤维上的金属原子配位浸泡液中的有机配体，使MOF材料原位生长在聚苯乙烯纳米纤维上，制备了复合纳米纤维膜材料。这种生长了金属有机骨架的纳米纤维膜仍保持了原有的空间结构，不仅能够过滤微小颗粒物，同时对甲醛等可挥发有机物具有良好的吸附性能。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种纳米纤维负载金属有机框架空气净化材料，它是由MOF材料和静电纺聚苯乙烯纳米纤维复合而成。制备方法为：利用静电纺丝方法制备了PS/Co(AC)₂纳米纤维膜，通过浸泡法，将Co²⁺配位浸泡液中的2-甲基咪唑配体，使MOF材料原位生长在纳米纤维上，制备了ZIF-67@PS复合膜。

具体步骤如下：

（1）将聚苯乙烯原料放在烘箱中，在60℃温度条件下烘燥6-8小时，将干燥的聚苯乙烯和乙酸钴添加进N-N二甲基甲酰胺中，在60℃条件下搅拌8-12h，得到静电纺丝溶液，其中聚苯乙烯的质量分数为8-16%，乙酸钴质量分数为4%-8%；

（2）将步骤（1）中所得的静电纺丝液转移至注射器中进行静电纺丝得到纳米纤维膜；

（3）将步骤（2）制得的纳米纤维膜放入2-甲基咪唑/乙醇溶液中浸泡，获得纳米纤维负载金属有机框架空气净化材料ZIF-67@PS。

将制得的ZIF-67@PS材料裁剪成20cm×20cm，进行过滤性能和气体吸附性能测试。