一种基于纳米杂化体改性聚乳酸纤维的空气过滤膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于纳米杂化体改性聚乳酸纤维的空气过滤膜及其制备方法，本发明专利技术采用微波辅助原位合成方法，直接在CNTs表面诱导原位生长ZIF

【技术实现步骤摘要】
一种基于纳米杂化体改性聚乳酸纤维的空气过滤膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及高性能空气过滤材料
，具体涉及一种基于纳米杂化体改性聚乳酸纤维的空气过滤膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着人类对环境和健康问题日益增长的关注，空气中细小颗粒污染物的问题越来越受到世界各国的重视，空气过滤是去除颗粒最有效的方法之一，因此具有压降低、强度好、对病原体去除效率高的空气过滤介质逐渐成为研究热点。
[0003]碳纳米管是由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管，具有比表面积大、吸脱附能力强、机械性能及导电性能好等优点，在纳米材料领域具有巨大的应用潜力。
[0004]金属
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有机框架(MOFs)由金属离子和有机配体或团簇通过配位键自组装形成的具有分子内孔隙的有机
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无机杂化材料，是一种新兴的多孔晶体材料，在能源和环境应用中起着至关重要的作用。其中，沸石咪唑酯框架
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8(ZIF
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8)是一类典型的MOFs材料，具有吸附性强、孔隙率高、比表面积大、孔尺寸可调、热稳定性高等特点，若将ZIF
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8材料与过滤材料相结合，其过滤性能可得到显著提高。通常，采用溶液共混的方法将ZIF
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8引入过滤纤维材料中[邓玲利,等.PVDF/ZIF
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8复合滤材的制备及其过滤性能研究,中国材料进展,2019,5,464.]，导致ZIF
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8被高分子基体包裹，无法充分发挥ZIF<br/>‑
8的优异性能，而需要提高ZIF
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8含量才能有明显的过滤性能提升。
[0005]为此，本专利技术旨在提供一种基于纳米杂化体改性聚乳酸纤维的空气过滤膜及其制备方法，实现ZIF
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8在纤维表面稳固、均匀分布的结构特点，获得高效低阻、长效过滤的优势，该方法制备工艺简单、条件温和，产品可生物降解，具有重要的经济社会价值。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种基于纳米杂化体改性聚乳酸纤维的空气过滤膜及其制备方法，实现ZIF
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8在纤维表面稳固、均匀分布的结构特点，获得高效低阻、长效过滤的优势，该方法制备工艺简单、条件温和，产品可生物降解，具有重要的经济社会价值。
[0007]本专利技术的目的是这样实现的：一种基于纳米杂化体改性聚乳酸纤维的空气过滤膜的制备方法，包括以下步骤：步骤S1.制备碳纳米管分散液：将碳纳米管(CNTs)与分散剂在水中均匀分散后，通过液相循环高剪切研磨，制备CNTs分散液；步骤S2.微波辅助制备CNT@ZIF
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8纳米杂化体：将S1所得CNTs分散液、2
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甲基咪唑、锌盐加入水中，混合均匀后，置于微波反应釜中进行原位合成，在搅拌状态下，反应结束后冷却至室温，静置8
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24h，干燥后得到CNT@ZIF
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8纳米杂化体；步骤S3.同轴静电纺丝技术制备高效空气过滤膜：将S2所得CNT@ZIF
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8纳米杂化体
在溶剂中分散作为外相纺丝液，同时将聚乳酸在溶剂中溶解作为内相纺丝液，最后通过同轴静电纺丝技术，获得CNT@ZIF
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8纳米杂化体均匀嵌入聚乳酸纤维的空气过滤膜。
[0008]所述S1步骤中所用碳纳米管(CNTs)的平均直径10
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50nm，长径比1:100
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1:1000，所述碳纳米管(CNTs)在水分散液中质量浓度为0.1
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5wt％。
[0009]所述S1步骤中所使用的分散剂为胆酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、牛磺脱氧脱酸钠、十二烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠、十六烷基苯磺酸钠中的至少一种，碳纳米管(CNTs)与分散剂的质量比为1:100
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1:10。
[0010]所述步骤S1中溶液分散设备为间歇式高剪切分散乳化机、管线式高剪切分散乳化机、行星搅拌机、机械搅拌机、磁力搅拌机、超声破碎仪、超声分散机、纳米研磨机、行星球磨机中的至少一种，溶液分散过程的单位体积能耗为0.5
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10kWh/L；所述S1步骤中提供液相循环高剪切研磨的设备为棒销式砂磨机、涡轮式砂磨机、圆盘式砂磨机和立式砂磨机中的至少一种，液相研磨过程的单位质量能耗为0.1
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20kWh/kg。
[0011]所述S2步骤中使用的水溶性锌盐为硝酸锌、乙酸锌、硫酸锌、氯化锌中的至少一种，2
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甲基咪唑与水溶性锌盐质量比为5:1
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10:1，碳纳米管(CNTs)与水溶性锌盐的质量比为1:20
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1:100。
[0012]所述S2步骤中所使用的微波反应釜输出功率为200
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1000W，搅拌速度0
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550rpm，反应温度为100
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180℃，反应时间为1
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60min。
[0013]所述S2步骤中所使用的干燥方法为常压干燥、减压干燥、喷雾干燥、冷冻干燥、真空干燥、微波干燥中的至少一种。
[0014]所述S3步骤中的外相纺丝液中溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、二甲基甲酰胺、N
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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，CNT@ZIF
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8纳米杂化体在纺丝液中质量分数为0.1
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2wt％，S3步骤中的内相纺丝液中溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、二甲基甲酰胺、N
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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，聚乳酸的质量分数为0.5
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10wt％。
[0015]所述S3步骤中同轴静电纺丝电压为10
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65KV，外相纺丝溶液消耗速率为0.2
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1.5mL/h，内相纺丝溶液消耗速率为0.8
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3.0mL/h，CNT@ZIF
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8纳米杂化体与聚乳酸的质量比为1:5
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1:15，接收距离为12
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30cm，所得的空气过滤纤维平均直径为10
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240nm，纤维膜厚度为50
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300μm。
[0016]本专利技术所述的制备方法制备的基于纳米杂化体改性聚乳酸纤维的空气过滤膜。
[0017]本专利技术的有益效果是：本专利技术采用微波辅助原位合成方法，直接在CNTs表面诱导原位生长ZIF
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8纳米晶体，获得CNT@ZIF
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8纳米杂化体，通过同轴静电纺丝技术，获得CNT@ZIF
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8均匀嵌入聚乳酸纤维的高效过滤膜，纤维膜的表面电位为9.3
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19.8KV，比表面积为160
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450m2/g，在气体流速为10
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85L/min本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于纳米杂化体改性聚乳酸纤维的空气过滤膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1.制备碳纳米管分散液：将碳纳米管（CNTs）与分散剂在水中均匀分散后，通过液相循环高剪切研磨，制备CNTs分散液；步骤S2.微波辅助制备CNT@ZIF
‑
8纳米杂化体：将S1所得CNTs分散液、2
‑
甲基咪唑、锌盐加入水中，混合均匀后，置于微波反应釜中进行原位合成，在搅拌状态下，反应结束后冷却至室温，静置8
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24h，干燥后得到CNT@ZIF
‑
8纳米杂化体；步骤S3.同轴静电纺丝技术制备高效空气过滤膜：将S2所得CNT@ZIF
‑
8纳米杂化体在溶剂中分散作为外相纺丝液，同时将聚乳酸在溶剂中溶解作为内相纺丝液，最后通过同轴静电纺丝技术，获得CNT@ZIF
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8纳米杂化体均匀嵌入聚乳酸纤维的空气过滤膜。2.根据权利要求1所述的基于纳米杂化体改性聚乳酸纤维的空气过滤膜的制备方法，其特征在于：所述S1步骤中所用碳纳米管（CNTs）的平均直径10
‑
50nm，长径比1:100
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1:1000，所述碳纳米管（CNTs）在水分散液中质量浓度为0.1
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5wt%。3.根据权利要求1所述的基于纳米杂化体改性聚乳酸纤维的空气过滤膜的制备方法，其特征在于：所述S1步骤中所使用的分散剂为胆酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、牛磺脱氧脱酸钠、十二烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠、十六烷基苯磺酸钠中的至少一种，碳纳米管（CNTs）与分散剂的质量比为1:100
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1:10。4.根据权利要求1所述的基于纳米杂化体改性聚乳酸纤维的空气过滤膜的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中溶液分散设备为间歇式高剪切分散乳化机、管线式高剪切分散乳化机、行星搅拌机、机械搅拌机、磁力搅拌机、超声破碎仪、超声分散机、纳米研磨机、行星球磨机中的至少一种，溶液分散过程的单位体积能耗为0.5
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10kWh/L；所述S1步骤中提供液相循环高剪切研磨的设备为棒销式砂磨机、涡轮式砂磨机、圆盘式砂磨机和立式砂磨机中的至少一种，液相研磨过程的单位质量能耗为0.1
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20kWh/kg。5.根据权利要求1所述的基于纳米杂化体改性聚乳酸纤维的空气过滤膜的制备方法，其特征在于：所述S2步骤中使用的水溶性锌盐为硝酸锌、...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐欢，江亮，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：