[發明專利]一種金屬有機框架核殼纖維材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110152322.8
• 申請日: 2021-02-03
• 公開（公告）號: CN112853759B
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發明（設計）人: 吳俊濤;郝志敏
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: D06M15/37
• 分類號: D06M15/37;C08G83/00;D06M101/30;D06M101/28
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 崔自京

本發明公開了一種金屬有機框架核殼纖維材料及其制備方法，屬于高分子材料技術領域。通過前驅體溶液的制備步驟、電紡納米纖維的制備步驟和金屬有機框架纖維材料的制備步驟，將MOF顆粒包裹在納米纖維材料表面，制作成金屬有機框架核殼纖維材料，可有效增加材料孔隙率、比表面積，既保留了納米纖維的孔隙結構，又提高了復合纖維膜的比表面積。

技術領域

本發明屬于高分子材料技術領域，具體涉及一種金屬有機框架核殼纖維材料及其制備方法。

背景技術

金屬有機骨架(Metal-Organic Framework，MOF)是由金屬離子和有機配位體構成的晶體材料，不僅具有大的比表面積、多樣的結構與孔隙、可調的功能性等特點，還表現出優異的PM2.5捕獲和有害氣體吸附能力，在多功能空氣過濾領域具有潛在的應用。然而由于MOF通常是易碎的粉末晶體材料，直接使用往往會存在管道堵塞和回收問題，因此在通常需要將MOF生長或沉積到纖維上或者與聚合物混合形成復合纖維，以便應用于空氣過濾領域。共混電紡得到的纖維中，由于聚合物層包裹了MOF顆粒，其比表面積和活性位點明顯降低，無法有效吸附氣體，而以MOF為殼，納米纖維為核的核殼纖維材料，MOF的比表面積和活性位點有效保留，可以實現對氣體分子的有效吸附和高效的PM2.5捕獲。近年來，MOF核殼纖維材料的制備已成為新型空氣過濾材料的研究重點，《材料化學學報》(J.Mater.Chem.A,2018,6,15807-15814)報道了一種可同時吸附甲醛和高效過濾PM2.5的ZIF@PAN纖維的制備方法，通過在電紡過程中將乙酸鈷Co(AC)₂引入聚丙烯腈PAN中，然后將PAN/Co(AC)₂浸入2-甲基咪唑中，制備了制備金屬有機框架核殼纖維材料，但是由PAN/Co(AC)₂轉化為ZIF@PAN速率很慢，反應時間較長(10h)；《膜科學》(Journal of Membrane Science 5 81(2019)252-261)報道了一種通過反向擴散控制結晶，可以將ZIF核殼纖維材料的制備時間縮短至0.5h，所制備的ZIF@SiO₂材料也具有優異的甲醛/PM多功能過濾性能，但是反向擴散需要特殊的界面擴散裝置，雖然具有短的制備時間，但是纖維膜的尺寸也存在很大限制。目前，雖然MOF核殼纖維已經通過原位生長、原子層沉積、種子生長、兩相界面擴散、超分子組裝、金屬氧化物相轉化等方法成功制備，但是由于這些方法往往存在制備效率低、制備過程復雜、設備尺寸限制和材料浪費等問題，難以實現大規模、快速制備。

因此，如何提供一種操作簡單、易于大規模生產、孔隙率高和比表面積大的金屬有機框架核殼纖維材料及其制備方法是本領域亟待解決的問題。

發明內容

本發明公開了一種金屬有機框架核殼纖維材料的制備方法。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：；

一種金屬有機框架核殼纖維材料，內層是聚合物電紡納米纖維，外層是金屬有機框架材料；

優選的，內層是聚酰亞胺電紡納米纖維，外層是金屬有機框架材料；

一種金屬有機框架核殼纖維材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)ZIF-8前驅體溶液的制備：

1)甲醇溶液的配置：將甲醇與水按體積比為(3：7)-(7：3)混勻，得甲醇溶液；

2)甲醇乙酸鋅溶液配置：按甲醇溶液與乙酸鋅按體積質量比為1ml：(0. 04-0.16)g取乙酸鋅加入甲醇水溶液中，混勻，得甲醇乙酸鋅溶液；

3)前驅體溶液配置：稱取2.5倍乙酸鋅質量的2-甲基咪唑加入甲醇乙酸鋅溶液，攪拌至溶液變為乳白色，得前驅體溶液；

優選的，攪拌為低速緩慢攪拌；

優選的，攪拌時間為5min；

(2)電紡納米纖維的制備：