[發明專利]含有金屬有機骨架納米纖維的膜材料或氣凝膠材料及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201811279795.9
• 申請日: 2018-10-30
• 公開（公告）號: CN109433024B
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 劉軻;王棟;易志兵;劉迎;劉瓊珍;王雯雯;李沐芳;蔣海青;魯振坦
• 申請（專利權）人: 武漢紡織大學;揚州云彩新材料科技有限公司
• 主分類號: B01D71/06
• 分類號: B01D71/06;B01D67/00;B01D69/02;B01J13/00;D01F6/96
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 馬輝

本發明公開了一種含有金屬有機骨架納米纖維的膜材料或氣凝膠材料及其制備方法與應用，屬于紡織材料技術領域。它由金屬有機骨架納米纖維和熱塑性聚合物納米纖維在三維空間上通過氫鍵作用力相互纏結組成。具體制備過程為將制備好的線型金屬有機骨架納米纖維按比例與熱塑性聚合物納米纖維共混分散在溶劑中得懸浮液，再將懸浮液涂覆于基體上，然后通過常溫干燥或冷凍干燥技術得到含有金屬有機骨架納米纖維的膜材料或氣凝膠材料。本發明制備過程具有工藝簡單、易操作的特點，而復合膜材料或氣凝膠材料中金屬有機骨架與納米纖維在三維空間上均勻分布、結構穩定，在氣體或液體污染物的吸附、傳感、催化、過濾等方面具有獨特的應用。

技術領域

本發明涉及納米纖維功能材料，屬于紡織材料技術領域，具體地涉及 一種含有金屬有機骨架納米纖維的膜材料或氣凝膠材料及其制備方法與應 用。

背景技術

納米纖維具有比表面積大、長徑比大且易于成膜的特點，廣泛應用在 人體防護、生物醫藥、能源信息及工業凈化等領域，尤其是作為空氣凈化 和水處理的膜過濾材料。此外，將納米纖維制備成凝膠材料，可以賦予納 米纖維材料以三維貫穿網絡結構，進一步提高納米纖維材料的比表面積及 性能。近年來，納米纖維凝膠材料已經成為全球的研究熱點。

金屬有機骨架(MOFs)是一種優良的晶態多孔材料。擁有豐富的孔隙 結構、高比表面積、以及可以變化的物化特性。相比較于無機多孔材料如 類沸石、石墨烯、碳納米管，金屬有機骨架兼有無機材料的剛性又有有機 材料的柔韌性，而且在有機配體的改性和骨架后改性上更加豐富多樣。通 過改變有機配體的種類或者對有機配體改性修飾可以對金屬有機骨架的孔 尺寸進行調控，通過改變過渡金屬的種類賦予金屬有機骨架不同的功能，提高金屬在骨架中的比例可以得到更多的金屬活性位點。因此，金屬有機 骨架材料已被越來越廣泛地應用于吸附、催化、傳感等領域。

然而，目前大批量制備的金屬有機骨架材料通常為顆粒狀，尤其是納 米級金屬有機骨架材料容易團聚，加工性能差，難以充分發揮這種材料的 性能。將金屬有機骨架材料充分分散是一種較為有效的手段。例如：可以 采用原位生長的方法將金屬有機骨架納米顆粒固定到纖維表面，從而能夠 暴露更多的顆粒，使其比表面積增大，有效活性位點增多。然而，這種方 法工藝復雜，能耗高，限制了金屬有機骨架材料在納米纖維膜及凝膠材料 中的應用。

又如碩士學位論文《金屬有機骨架復合電紡纖維的制備及其應用研 究》，公開日是2018.06.06，公開了利用靜電紡絲工藝制備了兩種負載MOF 的基體，一種是電紡纖維聚丙烯酸(PAA)/聚乙烯醇(PVA)，另一種是電 紡氧化鋅(ZnO)納米纖維，通過層層沉積和原位晶化等方法將不同形貌 的MOF與電紡纖維復合，然而靜電紡絲工藝操作起來比較麻煩。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供了一種含有金屬有機骨架納米纖維 的膜材料或氣凝膠材料及其制備方法與應用。通過將金屬有機骨架材料制 備成納米纖維形態，有利于金屬有機骨架材料的后期加工成型，且提高了 金屬有機骨架材料的比表面積，進而有利于充分發揮金屬有機骨架材料的 性能。

為實現上述目的，本發明公開了一種含有金屬有機骨架納米纖維的膜 材料或氣凝膠材料，它由金屬有機骨架納米纖維和熱塑性聚合物納米纖維 在三維空間中通過氫鍵作用力相互纏結而成，各納米纖維的質量百分比組 成如下：

熱塑性聚合物納米纖維：20％～99％；

金屬有機骨架納米纖維：1％～80％。

優選的，金屬有機骨架納米纖維和熱塑性聚合物納米纖維在三維空間 中除了氫鍵作用力，還存在由于相互之間機械纏繞而形成的外力。

進一步地，所述金屬有機骨架納米纖維的纖維直徑為20～1000nm，纖 維長度為5～100μm。