[发明专利]一种持续高效过滤PM的聚二甲基硅氧烷复合海绵的制备方法

说明书

本发明公开了一种能持续高效过滤PM的聚二甲基硅氧烷（PDMS）复合海绵的制备方法，其是通过牺牲模板法制备PDMS海绵，然后将该PDMS海绵置于盐酸多巴胺溶液中，通过自聚合制得PDA@PDMS复合海绵，再将所得PDA@PDMS复合海绵置于2‑甲基咪唑和六水合硝酸锌的混合液中浸泡，以制得ZIF‑8@PDA@PDMS复合海绵。本发明制备工艺简单、成本低廉，所得ZIF‑8@PDA@PDMS复合海绵的热稳定性和疏水性使其在高温高湿等苛刻环境下仍然具有极高的过滤性能，且其形状可控、机械性能优异，也极大的拓宽了其应用范围。

技术领域

本发明属于材料化工领域，具体涉及一种在高温高湿等苛刻环境下持续高效过滤颗粒物（PM）的聚二甲基硅氧烷（PDMS）复合海绵的制备方法。

背景技术

随着人们物质生活水平的日益提高，汽车也变成了每家每户必不可少的生活工具。伴随着汽车数量的急剧增加，随之而来的则是汽车在行驶过程中无时无刻产生的尾气排放；除此之外，还有大量由于工业生产、日常发电等活动所带来的富含颗粒物的气体排放。空气中的颗粒物污染会影响能见度，进而影响了人们的生活品质；粒径较小的颗粒物甚至会对公众的身体健康造成严重的危害。为了避免这些细小颗粒物造成的危害，工业滤袋的生产应用从源头上减少颗粒物的排放，日用口罩也作为最后一道屏障保护了人们的呼吸道。但这些滤料都存在着持久性差的问题，且其过滤性能会随着颗粒物浓度的增大迅速下降。除此之外，高温高湿等苛刻环境下产生的特殊颗粒物也严重限制了此类过滤材料的应用范围及性能。

现有专利CN 111905816A公开了一种ZIF-8功能织物的制备方法，其通过在织物表面引入聚多巴胺层，利用聚多巴胺活性官能团与锌离子的螯合作用，诱导ZIF-8膜在织物表面均匀生长。此类二维过滤材料仍存在着过滤持续性差，性能随颗粒物浓度的增加显著下降，诸如众多静电纺丝类过滤膜也同样存在此类问题，而且制备周期长、能耗高、机械性能差等诸多问题都极大的限制了其应用范围。

发明内容

本发明的目的在于克服现有气体过滤材料持续性能和机械性能差、应用范围窄等不足之处，提供一种能持续高效过滤PM的聚二甲基硅氧烷复合海绵的制备方法，其制备过程简单，所得复合海绵机械性能优异，具有长时间高效过滤性能，并且在高温高湿等苛刻环境下仍具有优异的表现。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种持续高效过滤PM的聚二甲基硅氧烷复合海绵的制备方法，其首先通过牺牲模板法制备了PMDS海绵，然后将其置于盐酸多巴胺溶液中，通过自聚合生成PDA@PDMS复合海绵，再将所得PDA@PDMS复合海绵置于2-甲基咪唑和六水合硝酸锌的混合液中，利用聚多巴胺的活性官能团与锌离子的螯合作用在其表面原位生长ZIF-8纳米颗粒，以制备得到的ZIF-8@PDA@PDMS复合海绵；其具体步骤如下：

（1）牺牲模板法制备PDMS海绵

将一水合柠檬酸粉末与聚二甲基硅氧烷充分搅拌使其均匀混合后转移至所需模具中，经反复按压排出空气后置于150℃烘箱中固化过夜，随后将其置于去离子水中，利用超声溶解一水合柠檬酸，然后于60℃烘箱干燥，得到三维多孔的PDMS海绵；

（2）盐酸多巴胺自聚合制备PDA@PDMS复合海绵

将盐酸多巴胺（DA）和三羟甲基氨基甲烷（Tris）溶解于去离子水中，制得盐酸多巴胺溶液，然后将制备的PDMS海绵置于该溶液中，磁力搅拌下进行浸泡，随后用去离子水重复清洗数次后置于60℃烘箱中干燥，得到PDA@PDMS复合海绵；

（3）原位生长法制备ZIF-8@PDA@PDMS复合海绵

将2-甲基咪唑和六水合硝酸锌分别溶于等质量的去离子水中，得到质量浓度为17.5%的2-甲基咪唑溶液及质量浓度为1.1%的六水合硝酸锌溶液，然后在磁力搅拌下将制得的两种溶液混合，得到2-甲基咪唑和六水合硝酸锌的混合液；将制备的PDA@PDMS复合海绵于该混合液中持续搅拌浸泡，以原位生长ZIF-8纳米颗粒，随后用去离子水反复多次清洗后置于60℃烘箱中干燥过夜，得到ZIF-8@PDA@PDMS复合海绵。