一种离子液体-金属有机框架复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种离子液体

【技术实现步骤摘要】
一种离子液体
‑
金属有机框架复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及空气净化膜材料
，具体地，涉及一种离子液体
‑
金属有机框架复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着工业化的快速发展和各种各样的人类活动，空气污染危机变得愈发严重且威胁着环境问题和公众健康。颗粒物(PM)作为雾霾问题的罪魁祸首，对空气质量和人体健康有严重影响。空气动力学直径小于或等于2.5μm(PM
2.5
)的颗粒物可被人体吸入到肺部，而空气动力学直径小于10μm(PM
10
)的颗粒物可以通过呼吸在人体的上呼吸道滞留，对人体造成危害。因此，迫切需要开发高效的PM过滤材料。
[0003]现有的被用于解决PM污染问题的材料包括一些传统的净化材料，如商用过滤材料(熔喷纺织布和活炭)、极性聚合物纳米纤维(聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮和尼龙等)和镀铝或银的纳米线导电过滤器。但这些方法都有着不可避免的缺点，如使用高压电离空气时成本高、能耗大、产生臭氧、过滤效率低、驻极体失效等。
[0004]现有技术公开了一种离子液体与金属有机框架复合吸附剂的制备方法和应用，以金属有机框架(MOF)作为载体，以离子液体(IL)作为活性组分，通过表面吸附作用将多种离子液体负载到金属有机框架材料的孔道内部，实现了对烯烃/炔烃混合气体的高选择性分离。然而，该现有技术所提供的材料可以吸附分离乙烯/乙炔混合气体的原因在于离子液体对乙烯和乙炔具有选择性的吸收，并未对材料的Zeta电势等性能作出改进。现有的用于过滤空气中PM的材料大多是依靠其静电作用力实现对PM的捕获和滤除的，但材料静电作用力的提升会导致被捕获PM的量增加，而由于PM被极化时会产生相反的电荷，所以又会反过来使过滤材料的静电作用力降低。可见，该过滤材料的静电作用力会受到使用时间的影响，不能使过滤材料能够在长时间的使用下维持较强的静电作用力。

技术实现思路

[0005]为了解决现有离子液体
‑
金属有机框架复合材料无法长时间维持强静电作用力的问题，本专利技术提供了一种离子液体
‑
金属有机框架复合材料，将具有高绝对静电位的离子液体(IL)嵌入到金属有机框架(MOF)的孔道中，通过MOF的表面极化作用和IL的静电作用捕获空气中的PM，且由于材料的静电作用力足够强，在捕获PM后该作用力也不受影响，实现了高达96h的长程耐用性。
[0006]本专利技术的另一目的在于提供一种上述离子液体
‑
金属有机框架复合材料的制备方法。
[0007]本专利技术的再一目的在于提供一种静电纺丝纤维膜。
[0008]本专利技术的又一目的在于提供一种上述静电纺丝纤维膜在空气净化方面的应用。
[0009]本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：
[0010]一种离子液体
‑
金属有机框架复合材料，其结构为离子液体嵌入到金属有机框架
中，其中的离子液体任意地选自[C4MIM]Cl、[C4MIM][OAc]、[C4MIM][SCN]、[C4MIM][BF4]、[C4MIM][NTf2]、[Tba][BF4]、[Bpy][BF4]、[NBmpy][BF4]中的一种或几种。
[0011]1‑
丁基
‑3‑
甲基咪唑氯盐([C4MIM]Cl)、1
‑
丁基
‑3‑
甲基咪唑醋酸盐([C4MIM][OAc])、1
‑
丁基
‑3‑
甲基咪唑硫氰酸盐([C4MIM][SCN])、1
‑
丁基
‑3‑
甲基咪唑四氟硼酸盐([C4MIM][BF4])、1
‑
丁基
‑3‑
甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐([C4MIM][NTf2])、四丁基四氟硼酸铵([Tba][BF4])、N
‑
丁基吡啶四氟硼酸盐([Bpy][BF4])和N
‑
丁基
‑
N
‑
甲基吡咯烷四氟硼酸盐([NBmpy][BF4])这几种离子液体，均具有不对称且柔性的有机阳离子部分，该部分带有离域静电荷，这导致阴阳离子之间具有强烈的静电相互作用，因此离子液体本身具有较高的绝对静电位，而这也导致本专利技术所制备得到的离子液体
‑
金属有机框架复合材料对PM具有更强的静电作用力；与此同时，由于离子液体是嵌入到MOF的孔道中的，所以受到所捕获PM的影响更小，能够在更长的时间内维持静电作用力。
[0012]优选地，离子液体为[C4MIM][BF4]。当离子液体为1
‑
丁基
‑3‑
甲基咪唑四氟硼酸盐时，所得到的离子液体
‑
金属有机框架复合材料在负载到载体上后对于空气中的PM具有更好的滤除效果。
[0013]优选地，离子液体
‑
金属有机框架复合材料中的金属有机框架任意地选自ZIF
‑
8、ZIF
‑
67、UiO
‑
66
‑
NH2、MIL
‑
53
‑
NH2、MIL
‑
68
‑
NH2、MIL
‑
100
‑
NH2、MIL
‑
101
‑
NH2、M
‑
BDC
‑
NH2、MIL
‑
53
‑
NH2、MOF
‑
74
‑
NH2、HKUST
‑
1、M
‑
MOF
‑
74
‑
NH2中的一种或几种。
[0014]上述MOF中，ZIF
‑
8、ZIF
‑
67具有表面电荷，UiO
‑
66
‑
NH2、MIL
‑
53
‑
NH2、MIL
‑
68
‑
NH2、MIL
‑
100
‑
NH2、MIL
‑
101
‑
NH2、M
‑
BDC
‑
NH2、MIL
‑
53
‑
NH2、MOF
‑
74
‑
NH2具有极性官能团，HKUST
‑
1具有开放金属位点，M
‑
MOF
‑
74
‑
NH2同时具有开放金属位点和极性官能团。因此，上述MOF对PM具有更强的表面极化作用，而这种表面极化能力也是离子液体
‑
金属有机框架复合材料所带的静电作用力的一部分。
[0015]优选地，离子液体<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种离子液体
‑
金属有机框架复合材料，其特征在于，所述离子液体
‑
金属有机框架复合材料的结构为离子液体嵌入到金属有机框架中，所述离子液体任意地选自[C4MIM]Cl、[C4MIM][OAc]、[C4MIM][SCN]、[C4MIM][BF4]、[C4MIM][NTf2]、[Tba][BF4]、[Bpy][BF4]、[NBmpy][BF4]中的一种或几种。2.如权利要求1所述离子液体
‑
金属有机框架复合材料，其特征在于，所述离子液体为[C4MIM][BF4]。3.如权利要求1所述离子液体
‑
金属有机框架复合材料，其特征在于，所述离子液体
‑
金属有机框架复合材料中离子液体的负载量为5～30wt％。4.如权利要求3所述离子液体
‑
金属有机框架复合材料，其特征在于，所述离子液体
‑
金属有机框架复合材料中离子液体的负载量为10～25wt％。5.一种权利要求1～4任一项所述离子液体
‑
金属有机框架复合材料的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：李光琴，冼家慧，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
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