具有光热灭菌功能的MIL基光催化复合膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于灭菌材料技术领域，具体涉及一种具有光热灭菌功能的MIL基光催化复合膜及其制备方法和应用。通过静电纺丝法制备了有机纳米纤维底膜，再通过水热法制备MIL金属有机骨架/聚苯胺(MIL/PANI)异质结。然后将带有邻苯二酚官能团的粘结剂与MIL/PANI异质结混合均匀，通过真空抽滤的方式沉积并固载到底膜上制得MIL基光催化复合膜。本发明专利技术制得的复合膜在可见光光照下能够产生活性氧物种，底膜上固载的MIL/PANI异质结降低了光生载流子的复合率，扩大了光吸收范围并协同发挥光热转换效应，对水体中有害的革兰氏菌表现出高效的光催化灭活效率，并且在便捷回收和循环利用方面展现出优势，具有良好的应用前景。具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
具有光热灭菌功能的MIL基光催化复合膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于灭菌材料
，具体涉及一种具有光热灭菌功能的MIL基光催化复合膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]水体中细菌污染造成的病原菌大量繁殖与传播造成了潜在的公共健康安全问题。传统的灭菌技术如氯化、臭氧氧化和紫外线辐射等已展现出较好的灭菌效果，但存在能耗大、成本高、二次污染或者细菌光复活等问题。因此，迫切需要开发出新型的灭菌材料和技术来解决水体细菌污染问题。光催化灭菌技术引起了研究者的广泛关注，其通过利用太阳光，由光催化材料产生具有强氧化性的活性物种而进行杀菌，被认为是一种绿色、安全、高效的灭菌技术。
[0003]目前，光催化灭菌材料主要以TiO2、ZnO和C3N4等为代表，其灭菌功能建立在光催化反应之上。在光照下，光催化材料在光照下产生的活性氧物种(ROS)可以攻击细菌，导致细胞壁膜受损，干扰细菌的正常生命活动致其失活。近年来，由金属离子或团簇与有机配体自组装而成的金属有机框架材料(MOFs)因其高孔隙率、大比表面积、低毒性和丰富的表面活性基团等特点在光催化反应中的应用备受关注。然而，金属有机框架材料仍存在光响应范围窄和光生载流子分离率低的瓶颈问题，且其粉末性也影响了灭菌材料的循环使用性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种具有光热灭菌功能的MIL基光催化复合膜，在可见光下对水体中的革兰氏菌具有高效灭活能力，具有实际应用前景。
[0005]本专利技术具有光热灭菌功能的MIL基光催化复合膜的制备方法，具体按以下步骤进行：
[0006](1)制备有机聚合物纤维膜
[0007]将有机聚合物溶解在DMF溶液中获得均匀的电纺溶液，将制得的有机聚合物电纺溶液装入静电纺丝设备上进行纺丝成膜，将纺得的有机纳米纤维膜在真空烘箱中进行干燥。
[0008]其中，有机聚合物为聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈或聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种；
[0009]电纺溶液浓度为10％
‑
15％，静电纺丝制得的有机聚合物纤维膜中单根纳米纤维直径为200
‑
500nm。
[0010](2)制备MIL/PANI异质结
[0011]将聚苯胺(PANI)加入到DMF和甲醇混合溶剂中，并加入计量的2
‑
氨基对苯二甲酸和钛酸四丁酯，超声混合均匀。将上述溶液转移至反应釜，在150℃烘箱中加热进行溶剂热反应。反应结束后，对反应沉淀物进行离心、洗涤和干燥得到MIL/PANI异质结。
[0012]其中，PANI的添加量为有机配体2
‑
氨基对苯二甲酸质量的2％
‑
10％。
[0013](3)制备MIL基光催化复合膜材料
[0014]将步骤(1)制得的有机聚合物纤维膜用去离子水润湿，同时将粘结剂和步骤(2)得到的MIL/PANI异质结分散到去离子水中，并用超声波细胞破碎仪对混合悬液超声处理10min，超声功率比为100％。采用真空辅助抽滤法将上述处理好的混合液沉积并固载在预湿润的有机聚合物纤维膜上。在真空干燥箱内进行干燥，获得MIL基光催化复合膜材料。
[0015]其中，粘结剂为聚多巴胺、单宁酸或原儿茶酸中的一种；
[0016]真空辅助抽滤法具体为：将膜预先用水或乙醇润湿并固定到砂芯过滤装置上，将上述得到的悬浮液倒入装置打开开关进行抽滤，待膜上液体全部抽滤完关闭开关，取下膜。
[0017]相对于60mg的纤维膜，MIL/PANI异质结在有机聚合物纤维膜上的负载量为5
‑
15mg。
[0018]本专利技术的复合膜应用于在低功率可见光照射下灭活水中革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌。
[0019]本专利技术的技术效果是：
[0020](1)本专利技术制备的MIL基光催化复合膜具有丰富的孔径结构，在紫外
‑
可见光区具有较高的光吸收能力，MIL/PANI异质结的构筑解决了单一半导体光催化剂中光生载流子易于复合的问题，可以产生更多有效的光生电子和空穴，分别与O2和H2O进行反应获得浓度较高的活性氧物种，提高了光催化效率。
[0021](2)本专利技术通过真空辅助抽滤法将粘结剂和MIL/PANI异质结固载到有机聚合物底膜上，具有较好的稳定性，且解决了粉末催化剂难以回收的问题，提高了催化剂的循环利用率。底膜上负载的MIL/PANI异质结同时发挥光催化与光热转换作用，协同提高灭菌效率，对革兰氏阴性菌和阳性菌的灭活效率最佳可达99.99％。
附图说明：
[0022]图1为本专利技术实施例1制备的聚丙烯腈纤维膜的扫描电子显微镜(SEM)图。
[0023]图2为本专利技术实施例1制备的MIL/PANI异质结的X射线衍射(XRD)图。
具体实施方式
[0024]下面结合具体的实施例对本专利技术进行详细说明。
[0025]实施例1
[0026](1)制备有机聚合物纤维膜
[0027]将聚丙烯腈溶解在DMF溶液中获得均匀的电纺溶液，将制得的聚丙烯腈电纺溶液(10％)装入静电纺丝设备上进行纺丝成膜，纺丝条件：将准备好的电纺溶液装入注射器中，在15kV正电压下进行静电纺丝。纺丝溶液的进料速度为0.8mL/h，辊筒转速为90rpm。温度设置为25
±
5℃，湿度保持在40
±
5％。最后，将制备好的聚丙烯腈静电纺丝纤维膜在50℃的真空烘箱中干燥12h。聚丙烯腈纤维膜中单根纳米纤维的平均宽度为200
‑
300nm。
[0028]本实施例制得的聚丙烯腈纤维膜的扫描电子显微镜(SEM)图见图1。
[0029](2)制备MIL/PANI异质结
[0030]将0.011g PANI加入到DMF和甲醇混合溶剂中(VDMF/V甲醇＝9:1，50mL)，并加入2
‑
氨基对苯二甲酸(0.55g，3mmol)和钛酸四丁酯(0.51mL，1.5mmol)超声混合均匀。将上述溶
液转移至反应釜，在150℃烘箱中加热进行溶剂热反应24h。反应结束后，对反应沉淀物进行离心、洗涤和干燥得到MIL/PANI异质结。
[0031]本实施例制得的MIL/PANI异质结的X射线衍射(XRD)图见图2。
[0032](3)制备MIL基光催化复合膜材料
[0033]将步骤(1)制得的有机聚合物纤维膜用去离子水润湿，同时将5mg粘结剂原儿茶酸和10mg步骤(2)得到的MIL/PANI异质结分散到去离子水中，并用超声波细胞破碎仪对混合悬液超声处理。采用真空辅助抽滤法将上述处理好的混合液沉积并固载在预湿润的有机聚合物纤维膜上，MIL/PANI异质结在聚丙烯腈纤维膜底膜(60mg的纤维膜)上的负载量为10mg。在真空干燥箱内进行干燥，获得MIL基光催化复合膜材料。
[0034]此外，相同条件下将5mg的MIL/PANI异质结负载到聚丙烯腈纤维膜(60mg的纤维膜)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有光热灭菌功能的MIL基光催化复合膜，其特征在于，所述MIL基光催化复合膜的底膜为有机聚合物纤维膜，底膜上固载的功能单元为光响应MIL/聚苯胺(PANI)异质结；其中，MIL为NH2‑
MIL
‑
125金属有机框架材料，其直径为500
‑
600nm。2.一种具有光热灭菌功能的MIL基光催化复合膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法步骤如下：(1)制备有机聚合物纤维膜将有机聚合物溶解在DMF溶液中获得均匀的电纺溶液，将有机聚合物电纺溶液装入静电纺丝设备上进行纺丝成膜，将纺得的有机纳米纤维膜在真空烘箱中进行干燥；(2)制备MIL/PANI异质结将聚苯胺(PANI)加入到DMF和甲醇混合溶剂中，并加入计量的2
‑
氨基对苯二甲酸和钛酸四丁酯超声混合均匀，将上述溶液转移至反应釜，在150℃烘箱中加热进行溶剂热反应，反应结束后，对反应沉淀物进行离心、洗涤和干燥得到MIL/PANI异质结；(3)制备MIL基光催化复合膜将步骤(1)制得的有机聚合物纤维膜用去离子水润湿，同时将粘结剂和步骤(2)得到的MIL/PANI异质结分散到去离子水中，并用超声波细胞破碎仪对混合悬液超声处理，采用真空辅助抽滤法将上述处理好的混合液沉积并固载在预湿润的有机聚合物纤维膜上，在真空干燥箱内进行干燥...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛金娟，吴振波，王明新，张家倩，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：