本發(fā)明涉及空氣過濾用纖維膜材料，具體而言，涉及一種zif-8修飾的纖維過濾膜及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、近年來，隨著工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展，由顆粒物(pm)引起的空氣污染已成為最重要的環(huán)境問題之一，受到越來越多的關(guān)注。特別是空氣動(dòng)力學(xué)直徑小于2.5μm的pms，易附帶有毒、有害物質(zhì)(如重金屬、微生物等)，可幾乎不受阻礙地進(jìn)入到人體的支氣管和肺部，從而引發(fā)呼吸道感染、肺癌以及心血管疾病等。因此，為切斷病毒傳播，保障人體健康，迫切需要開發(fā)高效空氣過濾材料。

2、過濾是減少空氣污染最有效的措施之一，然而傳統(tǒng)的空氣過濾材料大多由微米級(jí)纖維組成，表面靜電吸附效果較差，并不能有效攔截細(xì)小甚至超細(xì)pms。近年來，隨著纖維制造技術(shù)的發(fā)展，靜電紡絲技術(shù)慢慢進(jìn)入大眾視野。靜電紡絲技術(shù)生產(chǎn)的納米纖維膜具有多孔結(jié)構(gòu)、直徑可控、比表面積高、內(nèi)部連通性好、形貌均勻、力學(xué)性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)。靜電紡絲技術(shù)能夠直接并連續(xù)制備微、納米纖維，在空氣過濾材料領(lǐng)域展現(xiàn)了良好應(yīng)用前景。但是，大多數(shù)化學(xué)合成的聚合物都面臨著一個(gè)共同的問題:不可再生性、不可重復(fù)使用性和不可生物降解性，這將導(dǎo)致二次環(huán)境問題。因此，開發(fā)天然或生物可降解的聚合物過濾膜對(duì)于減少環(huán)境污染和建立可持續(xù)發(fā)展的社會(huì)具有重要的科學(xué)和技術(shù)意義。

3、聚乳酸(pla)作為非石油基高分子材料，具有優(yōu)異的可再生性、生物降解性、生物相容性和力學(xué)性能，是目前應(yīng)用廣泛的可降解聚合物之一。但由于pla分子鏈剛性強(qiáng)，側(cè)鏈甲基具有空間位阻，使得pla鏈段的運(yùn)動(dòng)能力受限，且pla在加工過程中結(jié)晶速率慢，結(jié)晶度低，導(dǎo)致pla制品的耐熱性能差。

4、目前大多數(shù)聚乳酸制品不具有耐高溫的性能，這是因?yàn)閜la在加工過程中結(jié)晶速率慢，結(jié)晶度低，導(dǎo)致pla制品的耐熱性能差。同時(shí)，多數(shù)報(bào)道是將zif-8材料摻雜在其他聚合物溶液中進(jìn)行靜電紡絲，這種方法僅能控制zif-8的負(fù)載量，但zif-8被包埋在聚合物中，不能有效發(fā)揮zif-8材料的特性。此外，聚乳酸纖維過濾膜的過濾效率與壓降通常呈正比。主要是因?yàn)殪o電紡絲纖維一般呈圓形光滑形態(tài)，纖維直徑小，有利于pm的高過濾效率。但是，上述特性反過來又會(huì)導(dǎo)致納米纖維堆積緊密，使堆積密度較高，增加了過濾阻力和能耗。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種zif-8修飾的纖維過濾膜及其制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的纖維過濾膜耐高溫性能差以及殺菌效果不佳的問題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種zif-8修飾的纖維過濾膜的制備方法，該制備方法包括：將zif-8分散液、第一紡絲溶液和第二紡絲溶液進(jìn)行多針靜電紡絲，獲得zif-8修飾的纖維過濾膜；其中，第一紡絲溶液和第二紡絲溶液中的聚左旋乳酸和聚右旋乳酸的質(zhì)量比各自獨(dú)立的為1:1～50:1，第一紡絲溶液中聚左旋乳酸和聚右旋乳酸的濃度之和為80～100g/l；第二紡絲溶液中聚左旋乳酸和聚右旋乳酸的濃度之和為60～80g/l。

3、進(jìn)一步地，zif-8分散液包括zif-8晶體、分散劑和第一溶劑；

4、zif-8晶體為菱形十二面體結(jié)構(gòu)，優(yōu)選的，zif-8晶體的顆粒尺寸為300～500nm，孔徑為0.2～0.34nm；

5、分散劑為聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化銨溶液、十六烷基苯磺酸鈉中的至少一種；

6、第一溶劑為氯仿、丙酮、乙酸乙酯、二甲基甲酰胺、二氯甲烷、三氯甲烷、四氫呋喃、氯仿和乙醇中的至少一種；

7、優(yōu)選的，zif-8晶體與第一溶劑的質(zhì)量比為1:1000～1:20，zif-8晶體與分散劑的質(zhì)量比為5:1～20:1。

8、進(jìn)一步地，zif-8晶體的制備方法包括：將2-甲基咪唑水溶液、模板劑和鋅鹽溶液混合，在微波條件下進(jìn)行反應(yīng)，經(jīng)提取、干燥后得到zif-8納米晶體；

9、模板劑為乙醇胺、二乙胺、l-組氨酸、聚乙二醇、十二烷基硫酸鈉、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化銨中的至少一種，2-甲基咪唑與模板劑的質(zhì)量比為50:1～600:1；

10、鋅鹽為硝酸鋅、氯化鋅、硫酸鋅、乙酸鋅中的至少一種，鋅鹽溶液的濃度為0.02～5mol/l，2-甲基咪唑與鋅鹽的摩爾比為7:1～10:1；

11、優(yōu)選的，反應(yīng)的溫度為80～200℃，反應(yīng)時(shí)間為5～120min；

12、優(yōu)選的，提供微波條件的微波反應(yīng)裝置的輸出功率為200～1500w。

13、進(jìn)一步地，第一紡絲溶液和第二紡絲溶液的溶劑各自獨(dú)立地選自二甲基甲酰胺、乙酸乙酯、丙酮、二氯甲烷、三氯甲烷和乙醇中的任意一種或者多種。

14、進(jìn)一步地，在多針靜電紡絲中，第一紡絲溶液使用的紡絲金屬針頭內(nèi)徑為0.60～0.86mm，使用的正電壓為10～20kv，負(fù)電壓為1～5kv；

15、第一紡絲溶液的消耗速率為2～3ml/h，接收距離為10～30cm，輥筒轉(zhuǎn)速為500～1500rpm。

16、進(jìn)一步地，在多針靜電紡絲中，第二紡絲溶液使用的紡絲金屬針頭內(nèi)徑為0.33～0.50mm，使用的正電壓為15～30kv，負(fù)電壓為1～15kv；

17、第二紡絲溶液的消耗速率為0.5～2ml/h，接收距離為10～30cm，輥筒轉(zhuǎn)速為500～1500rpm。

18、進(jìn)一步地，在多針靜電紡絲中，zif-8分散液使用的紡絲金屬針頭內(nèi)徑為0.33～0.86mm，使用的正電壓為5～30kv，負(fù)電壓為1～15kv；

19、zif-8分散液的消耗速率為0.1～2ml/h，接收距離為5～20cm，輥筒轉(zhuǎn)速為100～1000rpm。

20、進(jìn)一步地，多針靜電紡絲的環(huán)境溫度為20～30℃，相對(duì)濕度為25～45％；

21、通過第一紡絲溶液所得纖維的直徑為1～15μm；

22、通過第二紡絲溶液所得纖維的直徑為30～300nm。

23、進(jìn)一步地，zif-8修飾的纖zif-8修飾的纖維過濾膜包括串珠結(jié)構(gòu)，串珠結(jié)構(gòu)的形貌為細(xì)長(zhǎng)紡錘形，平均寬度為500～1000nm，平均長(zhǎng)度為600～1500nm；

24、zif-8修飾的纖維過濾膜的厚度為80～300μm；

25、zif-8修飾的纖維過濾膜的表面電位為7～15.5kv；

26、zif-8修飾的纖維過濾膜的介電常數(shù)為5～13f/m；

27、zif-8修飾的纖維過濾膜的比表面積為330.5～550.5m2/g；

28、在光照條件下，zif-8修飾的纖維過濾膜的高效抗菌對(duì)大腸桿菌的抑菌率大于等于97.6％，對(duì)金黃色葡萄球菌的抑菌率大于等于99.5％；

29、在氣體流速為10～85l/min下，zif-8修飾的纖維過濾膜的空氣阻力較低≤100pa；

30、在100℃下，zif-8修飾的纖維過濾膜對(duì)pm0.3的去除效率大于等于90.5％；對(duì)pm2.5的去除效率大于等于99.5％。

31、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種zif-8修飾的纖維過濾膜，其通過上述任一種的zif-8修飾的纖維過濾膜的制備方法制備得到。

32、應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，將聚右旋乳酸和聚左旋乳酸的共混溶液進(jìn)行靜電紡絲可形成立構(gòu)復(fù)合聚乳酸纖維，其中立構(gòu)復(fù)合聚乳酸纖維中的立構(gòu)復(fù)合晶能夠有效增加pla的結(jié)晶度，提高pla制品的耐熱性能。上述制備方法沿納米纖維軸線構(gòu)建串珠結(jié)構(gòu)可以優(yōu)化納米纖維的堆積密度，調(diào)節(jié)納米纖維之間的距離以減小壓降。將立構(gòu)復(fù)合聚乳酸纖維與串珠結(jié)構(gòu)相結(jié)合，并運(yùn)用多針靜電紡絲工藝將具有高表面活性的zif-8納米晶體緊密嵌入立構(gòu)復(fù)合聚乳酸纖維表面，得到的纖維過濾膜具有高表面電位、高介電常數(shù)、高比表面積、高效抗菌、超低空氣阻力、高耐熱性以及高效攔截超細(xì)顆粒物等優(yōu)勢(shì)。