本發(fā)明屬于納米復(fù)合材料，特別是涉及一種耐高溫、抗污染zif-8/pi納米復(fù)合過濾材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著工業(yè)化進程的加快，空氣污染問題日益嚴(yán)重，其中pm0.3等微小顆粒物對人類健康和環(huán)境造成了巨大威脅。傳統(tǒng)的過濾材料在過濾效率和耐高溫性能方面存在局限性，尤其在高溫環(huán)境下，其性能顯著下降，無法滿足現(xiàn)代工業(yè)的高標(biāo)準(zhǔn)要求。

2、為了解決這一問題，科研人員一直在探索新型過濾材料。中國專利號201810719982.8描述了一種創(chuàng)新的多層結(jié)構(gòu)過濾材料制備方法，該方法采用靜電紡絲技術(shù)結(jié)合特定化學(xué)處理。通過兩種paa溶液的靜電紡絲，形成了具有熱穩(wěn)定性的纖維層，并通過熱亞胺化處理進一步提升了材料性能，展現(xiàn)出良好的過濾效率。然而，盡管該技術(shù)在過濾效率方面表現(xiàn)優(yōu)異，但尚未探索將mofs材料集成至過濾結(jié)構(gòu)中以利用其高比表面積和可調(diào)節(jié)孔徑的潛力。

3、中國專利號202311137888.9公開了一種結(jié)合了聚乳酸和殼聚糖特性的cs@zif-8/pla復(fù)合靜電紡絲纖維膜。該材料不僅具備生物降解性、抗菌性能，還具有高過濾效率和強化學(xué)穩(wěn)定性，卻難以適應(yīng)極端工業(yè)環(huán)境，且現(xiàn)有技術(shù)在將mofs材料與納米纖維膜結(jié)合時面臨制備復(fù)雜、成本高昂和規(guī)?；a(chǎn)難度大的挑戰(zhàn)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于現(xiàn)有技術(shù)的局限性，本專利通過將zif-8納米粒子與pi結(jié)合，開發(fā)出一種耐高溫、具有高化學(xué)穩(wěn)定性和抗污染性能的納米復(fù)合過濾材料。該材料不僅繼承了mofs的高比表面積和孔隙調(diào)控優(yōu)勢，還通過pi的高耐溫性，顯著提升了在極端工業(yè)環(huán)境中的穩(wěn)定性和耐久性。此外，本專利的制備工藝簡化了生產(chǎn)流程，降低了成本，滿足了工業(yè)應(yīng)用對高性能過濾材料的迫切需求。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種耐高溫、抗污染zif-8/pi納米復(fù)合過濾材料及其制備方法，其特征在于，具體步驟包括：

3、一種耐高溫、抗污染zif-8/pi納米復(fù)合過濾材料及其制備方法，包括以下步驟：

4、(1).zif-8合成：將六水合硝酸鋅(zn(no3)2·6h2o)溶于溶劑中，將2-甲基咪唑溶于與之相對應(yīng)的溶劑。混合均勻，攪拌20min后室溫靜置不動。將靜置得到的溶液離心三次，用無水甲醇清洗并在80-120℃的真空烘箱中干燥24h，得到白色粉末狀的zif-8；

5、(2).紡絲液配制：將zif-8粉末分散到n,n-二甲基甲酰胺溶劑中制備第一溶液，隨后，加入oda并攪拌溶解，形成第二溶液。接著，在該混合溶液中溶解二酐單體粉末，確保單體充分反應(yīng)，靜置6小時得到zif-8/paa前驅(qū)體溶液；

6、(3).制備zif-8/paa納米纖維：將上述靜置得到的zif-8/paa前驅(qū)體溶液加入注射器中，并利用靜電紡絲方法在針刺氈基布上形成zif-8/paa納米纖維層；

7、(4).亞胺化：將制備完成的zif-8/paa納米復(fù)合過濾材料置于電熱鼓風(fēng)干燥箱80℃干燥1h，去除溶劑，然后將膜轉(zhuǎn)移至馬弗爐，主要分為兩個階段完成zif-8/paa納米纖維膜的熱酰亞胺化過程，從而得到pi納米復(fù)合過濾材料。

8、優(yōu)選的，所述步驟(1)中六水合硝酸鋅與2-甲基咪唑的摩爾比為1:2-8，所述的溶劑為甲醇、乙醇和水中的至少一種；攪拌反應(yīng)過程中轉(zhuǎn)速為300-600rpm。

9、優(yōu)選的，所述步驟(1)中離心的轉(zhuǎn)速為8000-10000rpm，離心時間為10min，清洗過程中溶劑為同極性，清洗次數(shù)大于等于3次。

10、優(yōu)選的，所述步驟(2)中oda與二酐單體的摩爾比為1:1-1.02，將二酐單體分8-10次添加到攪拌溶解均勻的第二溶液中，加入的量隨著次數(shù)增加而減少，每一次需等加入的二酐單體粉末完全溶解后再加下一次，間隔時間約10-20min。

11、優(yōu)選的，所述步驟(2)中二酐單體為pmda、bpda、odpa中的一種。

12、優(yōu)選的，所述步驟(2)中通過控制zif-8與pmda的質(zhì)量比，制備了摻雜量分別為1％-8％的前驅(qū)體溶液zif-8/paa。

13、優(yōu)選的，所述步驟(3)中電紡條件為：紡絲電壓為18-35kv，滾筒轉(zhuǎn)速為100-200r/min，針尖到接收器距離為10-20cm，推料速度為0.001-0.01mm/s，環(huán)境溫度為20-30℃，相對濕度為20-60％。

14、優(yōu)選的，所述步驟(3)中紡絲溶液的濃度為10-30％，注射器噴頭選擇18g。

15、優(yōu)選的，所述步驟(3)中針刺氈基布為：玄武巖纖維、玻璃纖維、聚酰亞胺、聚醚醚酮纖維中的一種或幾種混合。

16、優(yōu)選的，所述步驟(4)中第一階段熱酰亞胺化處理為100-200℃，保溫20-40min，paa分子脫水環(huán)化成pi；第二酰胺化熱處理溫度為200-300℃，保溫15-30min，亞胺化完成。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：(1)采用耐高溫針刺氈作為支撐基體材料，既能保護納米纖維，又能微調(diào)納米纖維膜，使得復(fù)合過濾材料能夠在高溫等極端環(huán)境下保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和性能不變；(2)與201810719982.8專利相比，通過引入zif-8納米結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的過濾材料展現(xiàn)出超抗污染，有助于防止水分和污染物的粘附，從而降低濾料的維護需求并延長使用壽命；(3)zif-8納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的加入，有效地細(xì)化了pi纖維的直徑，同時增加了纖維間的靜電效應(yīng)，這些改進共同作用，顯著提升了材料對pm2.5等細(xì)顆粒物的捕集效率。(4)與202311137888.9專利相比，本發(fā)明的方法制備工藝流程簡潔，效率高，顯著提升了材料的耐溫性和耐化學(xué)性，使其更適合極端工業(yè)環(huán)境；(5)本發(fā)明的過濾材料憑借其卓越的多功能性，不僅適用于工業(yè)煙氣處理和空氣凈化系統(tǒng)，而且其特別設(shè)計的靜電混紡zif-8/pi結(jié)構(gòu)還具備抗菌特性，拓寬了其在多個領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。

技術(shù)特征：

1.一種耐高溫、抗污染zif-8/pi納米復(fù)合過濾材料及其制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐高溫、抗污染zif-8/pi納米復(fù)合過濾材料及其制備方法，其特征在于：所述步驟(1)中六水合硝酸鋅與2-甲基咪唑的摩爾比為1:2-8，所述的溶劑為甲醇、乙醇和水中的至少一種；攪拌反應(yīng)過程中轉(zhuǎn)速為300-600rpm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐高溫、抗污染zif-8/pi納米復(fù)合過濾材料及其制備方法，其特征在于：所述步驟(1)中離心的轉(zhuǎn)速為8000-10000rpm，離心時間為10min，清洗過程中溶劑為同極性，清洗次數(shù)大于等于3次。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐高溫、抗污染zif-8/pi納米復(fù)合過濾材料及其制備方法，其特征在于：所述步驟(2)中oda與二酐單體的摩爾比為1:1-1.02，將二酐單體分8-10次添加到攪拌溶解均勻的第二溶液中，加入的量隨著次數(shù)增加而減少，每一次需等加入的二酐單體粉末完全溶解后再加下一次，間隔時間約10-20min。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐高溫、抗污染zif-8/pi納米復(fù)合過濾材料及其制備方法，其特征在于：所述步驟(2)中二酐單體為pmda、bpda、odpa中的一種。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐高溫、抗污染zif-8/pi納米復(fù)合過濾材料及其制備方法，其特征在于：所述步驟(2)中通過控制zif-8與pmda的質(zhì)量比，制備了摻雜量分別為1％-8％的前驅(qū)體溶液zif-8/paa。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐高溫、抗污染zif-8/pi納米復(fù)合過濾材料及其制備方法，其特征在于：所述步驟(3)中電紡條件為：紡絲電壓為18-35kv，滾筒轉(zhuǎn)速為100-200r/min，針尖到接收器距離為10-20cm，推料速度為0.001-0.01mm/s，環(huán)境溫度為20-30℃，相對濕度為20-60％。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐高溫、抗污染zif-8/pi納米復(fù)合過濾材料及其制備方法，其特征在于：所述步驟(3)中針刺氈基布為：玄武巖纖維、玻璃纖維、聚酰亞胺、聚醚醚酮纖維中的一種或幾種混合。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐高溫、抗污染zif-8/pi納米復(fù)合過濾材料及其制備方法，其特征在于：所述步驟(4)中第一階段熱酰亞胺化處理為100-200℃，保溫20-40min，paa分子脫水環(huán)化成pi；第二酰胺化熱處理溫度為200-300℃，保溫15-30min，亞胺化完成。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種創(chuàng)新的耐高溫、抗污染ZIF?8/PI納米復(fù)合過濾材料及其制備方法。該制備過程始于通過水熱法合成ZIF?8納米粒子，這些粒子以其優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和化學(xué)功能性被溶解在DMF溶劑中，形成第一溶液。隨后，ODA加入該溶液并攪拌溶解，制備出第二溶液。在這一過程中，分步加入二酐單體，確保了單體與ODA的充分反應(yīng)，經(jīng)過6小時的靜置，形成了ZIF?8/PAA紡絲液。利用靜電紡絲技術(shù)，該紡絲液在針刺氈基底上形成了PAA纖維層，并通過熱亞胺化處理，最終制備出具有高過濾效率、卓越抗污染性能和低濾阻的納米復(fù)合過濾材料。此外，本專利的基材提供了額外的機械強度和耐久性，使得材料在保持高效過濾性能的同時，也具備了更好的實用性和經(jīng)濟性。

技術(shù)研發(fā)人員：邵瑞琪,李寬,徐志偉,王維,時欣宇,石海婷,常圓圓
受保護的技術(shù)使用者：天津工業(yè)大學(xué)紹興柯橋研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2