一种柔性碳纤维/COF膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种柔性碳纤维/COF膜及其制备方法。本申请的第一方面，提供一种柔性碳纤维/COF膜，该柔性纤维膜复合材料包括多孔碳纳米纤维和纳米COF颗粒。其中多孔碳纳米纤维以将PAN、交联剂、DMF以及丙酮混合均匀为同轴静电纺丝外轴纺丝液，将PAN、纳米二氧化硅、DMF溶液混合均匀为同轴静电纺丝内轴纺丝液，采用同轴静电纺丝结合煅烧法制备。随后将多孔碳纳米纤维置于COF前驱液体中，采用低温水热反应在多孔碳纳米纤维上负载纳米COF颗粒。该柔性碳纤维/COF膜不仅具有较好的柔韧性，从而可制备成各种异型结构的吸附器件，不需要粉体吸附材料所必须的载体容器，降低成本，还具备较高的比表面积，且其对二噁英的特异性吸附率高达95％以上。95％以上。95％以上。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性碳纤维/COF膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及环境工程领域，具体而言，尤其涉及一种柔性碳纤维/COF膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]在诸多环境污染物中，持久性有机污染物(POPs)是一类人工合成的能持久存在于环境中、并通过食物链累积，且对人类健康和环境造成有害影响的污染物。主要包括有机氯杀虫剂、六氯苯和多氯联苯、多环芳烃、溴代阻燃剂、二噁英类等。这类污染物可造成人体内分泌系统紊乱，生殖和免疫系统受到破坏，并诱发癌症和神经性疾病。而在持久性有机污染物中，又以二噁英的毒性最大，其被称之为“世纪之毒”。因此，对于二噁英的污染治理是环保工作最重要的任务之一。
[0003]目前，为了达到国家规定的二噁英排放标准，常用的方法是采用对二噁英具有较强吸附的高比表面积多孔材料对废气进行吸附处理，然后再排放。现有技术主要采用活性炭对二噁英进行吸附处理，但其吸附效果较差，为了降低二噁英的排放量，减少其对环境的污染，迫切需要开发一种对二噁英吸附率更高的多孔材料低成本生产工艺。

技术实现思路

[0004]基于此，为了解决现有技术的多孔材料对二噁英吸附效果较差的问题，本专利技术提供了一种柔性碳纤维/COF膜，具体技术方案如下：
[0005]一种柔性碳纤维/COF膜，其包括柔性多孔碳纤维和纳米COF颗粒，所述纳米COF颗粒附着在所述柔性多孔碳纤维上，所述纳米COF颗粒质量份为5～20份，所述柔性多孔碳纤维的质量份为80～95份。
[0006]进一步地，所述纳米COF颗粒质量份为10～15份，所述柔性多孔碳纤维的质量份为85～90份。
[0007]本技术方案还提供了一种柔性碳纤维/COF膜的制备方法，其包括以下步骤：
[0008]将PAN和交联剂混合，得到外轴固体粉末混合物，然后往所述外轴固体粉末混合物中加入溶剂，混合均匀，得到同轴静电纺丝外轴纺丝液；
[0009]将PAN和纳米二氧化硅混合，得到内轴固体粉末混合物，然后加入DMF溶液混合均匀，得到同轴静电纺丝内轴纺丝液；
[0010]采用同轴静电纺丝法制备柔性碳纤维膜前驱体，将所述柔性碳纤维膜前驱体煅烧得到柔性多孔碳纤维膜中间体；
[0011]将所述柔性多孔碳纤维膜中间体刻蚀得到柔性多孔碳纤维；
[0012]将所述柔性多孔碳纤维置于COF前驱液中，经水热反应，得到所述柔性碳纤维/COF膜。
[0013]进一步地，所述外轴纺丝液中的溶剂为DMF和丙酮；
[0014]所述外轴纺丝液的固含量为10～20wt％；
[0015]所述内轴纺丝液的固含量为10～20wt％；
[0016]以所述外轴固体粉末混合物总质量为百分百计，所述交联剂的含量为1～5wt％；
[0017]以所述外轴纺丝液中溶剂总质量为百分百计，所述丙酮的含量为15～20wt％；
[0018]以所述内轴固体粉末混合物总质量为百分百计，所述纳米二氧化硅的含量为1～5wt％；
[0019]所述静电纺丝法制备柔性碳纤维膜前驱体的条件为：电压为15～20kV，进样速度为1～5mL/h，环境湿度为20～50％，环境温度为20～30℃。
[0020]进一步地，所述纳米二氧化硅的粒径为80～120nm。
[0021]进一步地，所述交联剂包括PEG、二叠氮聚乙二醇、聚丙二醇中的一种或多种。
[0022]进一步地，所述煅烧包括：
[0023]将所述柔性碳纤维膜前驱体在10～15cN的张力和150～200℃空气气氛下预处理2～5h，然后在氩气气氛下升温至750～900℃保温2～5h，得到柔性多孔碳纤维膜中间体；
[0024]所述升温速率为1～5℃/min。
[0025]进一步地，所述刻蚀包括：
[0026]将柔性多孔碳纤维膜中间体浸泡在氢氟酸中3～10h，清洗干燥后得到柔性多孔碳纤维膜。
[0027]进一步地，所述COF前驱液包括a～e中的一种：
[0028]a、将1,3,5
‑
三(4
‑
甲酰基苯基)苯和2,5
‑
二氨基
‑
1,3,4
‑
噻二唑加入到均三甲苯和1,4
‑
二氧六环混合溶液中，再加入催化剂乙酸，搅拌均匀得到COF前驱液C
‑
COF
‑
1；
[0029]b、将三甲酰间苯三酚和1,4
‑
苯二胺
‑2‑
磺酸加入到均三甲苯和1,4
‑
二氧六环混合溶液中，再加入催化剂乙酸，搅拌均匀得到COF前驱液C
‑
COF
‑
2；
[0030]c、将1,3,5
‑
三甲酰基苯和2,5
‑
二氨基
‑
1,3,4
‑
噻二唑加入到均三甲苯和1,4
‑
二氧六环混合溶液中，再加入催化剂乙酸，搅拌均匀得到COF前驱液C
‑
COF
‑
3；
[0031]d、将1,3,5
‑
三甲氧基
‑
2,4,6
‑
三甲酰基苯和4,7
‑
二氨基
‑
2,1,3
‑
苯并噻二唑加入到均三甲苯和1,4
‑
二氧六环混合溶液中，再加入催化剂乙酸，搅拌均匀得到COF前驱液C
‑
COF
‑
4；
[0032]e、将2,4,6
‑
三甲基苯
‑
1,3,5
‑
三甲酰基和2
‑
甲基苯二胺加入到均三甲苯和1,4
‑
二氧六环混合溶液中，再加入催化剂乙酸，搅拌均匀得到COF前驱液C
‑
COF
‑
5；
[0033]所述均三甲苯和1,4
‑
二氧六环的体积比为3～5:1；
[0034]进一步地，所述水热反应的温度为100～130℃，时间为36～72h。
[0035]进一步地，所述柔性多孔碳纤维与COF前驱液的质量比为1:20～75。
[0036]本专利技术旨在提供一种柔性碳纤维/COF膜及其制备方法；单一的柔性多孔碳纤维和COFs颗粒，虽然都具备一定的吸附能力，能够吸附一定量的二噁英，但还是达不到实际应用中对吸附率的需求；本专利技术创造性地专利技术了一种柔性碳纤维/COF膜，其包括柔性多孔碳纤维和纳米COF颗粒，纳米COF颗粒附着在柔性多孔碳纤维上，其对二噁英的吸附能力显著提高，对二噁英的吸附率高达95％以上。经过大量的实验数据，研究员发现，纳米COF颗粒与柔性多孔碳纤维由于彼此的空间结构和电子云分布，当纳米COF颗粒附着在柔性多孔碳纤维上时，产生了特异性的物理化学相互作用力，从而可以显著提高对二噁英的吸附能力。
附图说明
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性碳纤维/COF膜，其特征在于，其包括柔性多孔碳纤维和纳米COF颗粒，所述纳米COF颗粒附着在所述柔性多孔碳纤维上，所述纳米COF颗粒质量份为5～20份，所述柔性多孔碳纤维的质量份为80～95份。2.根据权利要求1所述的柔性碳纤维/COF膜，其特征在于，所述纳米COF颗粒质量份为10～15份，所述柔性多孔碳纤维的质量份为85～90份。3.一种如权利要求1或2所述的柔性碳纤维/COF膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将PAN和交联剂混合，得到外轴固体粉末混合物，然后往所述外轴固体粉末混合物中加入溶剂，混合均匀，得到同轴静电纺丝外轴纺丝液；将PAN和纳米二氧化硅混合，得到内轴固体粉末混合物，然后加入DMF溶液混合均匀，得到同轴静电纺丝内轴纺丝液；采用同轴静电纺丝法制备柔性碳纤维膜前驱体，将所述柔性碳纤维膜前驱体煅烧得到柔性多孔碳纤维膜中间体；将所述柔性多孔碳纤维膜中间体刻蚀得到柔性多孔碳纤维；将所述柔性多孔碳纤维置于COF前驱液中，经水热反应，得到所述柔性碳纤维/COF膜。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述外轴纺丝液中的溶剂为DMF和丙酮；所述外轴纺丝液的固含量为10～20wt％；所述内轴纺丝液的固含量为10～20wt％；以所述外轴固体粉末混合物总质量为百分百计，所述交联剂的含量为1～5wt％；以所述外轴纺丝液中溶剂总质量为百分百计，所述丙酮的含量为15～20wt％；以所述内轴固体粉末混合物总质量为百分百计，所述纳米二氧化硅的含量为1～5wt％；所述静电纺丝法制备柔性碳纤维膜前驱体的条件为：电压为15～20kV，进样速度为1～5mL/h，环境湿度为20～50％，环境温度为20～30℃。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述交联剂包括PEG、二叠氮聚乙二醇、聚丙二醇中的一种或多种。6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧包括：将所述柔性碳纤维膜前驱体在10～15cN的张力和150～200℃空气气氛下预处理2～5h，然后在氩气气氛下升温至750～900℃保温2～5h，得到柔性多孔碳纤维膜中间体；所述升温速率为1～5℃/min。7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述刻蚀包括：将柔性多孔碳纤维膜中间体浸泡在氢氟酸中3～10h，清洗干燥后得到柔性多孔碳纤维膜。8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述COF前驱液包括a～e中的一种：a、将1,3,5
‑
三(4
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：陈善良，张双猛，李顺，邓伟，刘勇，
申请(专利权)人：广东宜纳新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：