本發(fā)明涉及聚乳酸材料的功能化技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種用于吸附pm2.5的高吸附性多孔復(fù)合薄膜。
背景技術(shù):
近幾年,中國的霧霾問題日益嚴(yán)重,其中直徑小于2.5微米的懸浮顆粒物(pm2.5)更是對人類的身體健康產(chǎn)生了巨大的威脅。因此,人們對于能夠吸附阻隔pm2.5的材料需求日甚。然而目前的吸附材料的吸附能力和力學(xué)性能等還具有一定缺陷,因此制備出綜合性能良好的吸附材料是目前急需解決的問題。
聚乳酸(pla)作為一種生物可降解材料,其靜電紡絲纖維膜不僅具備良好的生物可降解性、物理機械性及相容性,而且其具有的比表面積高、孔隙率大等特點使其具有良好的吸附性能,在吸附過濾口罩方面有較好的應(yīng)用前景。
金屬有機骨架材料(mofs)是一種新型的多孔材料,具有比表面積大、吸附性能好、結(jié)構(gòu)多樣性、孔道尺寸可調(diào)及骨架可修飾等優(yōu)點,已經(jīng)廣泛應(yīng)用于氣體存儲、催化、傳感、分離以及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。zif-8(沸石咪唑酯骨架),作為一種金屬有機骨架材料,是以鋅為配位中心,二甲基咪唑為配體的多孔晶體材料。與傳統(tǒng)材料相比,zif-8制備簡單,結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度高,具有很高的反應(yīng)活性和選擇性。mofs具有良好的吸附性能(秦衛(wèi)平.用于甲苯吸附的mofs材料的合成及性能研究[d].華南理工大學(xué),2013:1-5.;張志娟,幾種金屬有機骨架材料的表面改性及其對co2/n2/h2o吸附性能[d].華南理工大學(xué),2012:1-5.)。zif-8對模擬汽油中的噻吩吸附率達69.17%(李耀,金屬有機骨架材料zif-8的制備及吸附性能研究[d].北京交通大學(xué),2015:1-5.)。由于zifs晶體材料結(jié)構(gòu)單元較為單一,限制了其功能(李銳,金屬有機骨架及其衍生結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑與功能特性[d].北京理工大學(xué),2014:1-5.)。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于提供一種用于吸附pm2.5的高吸附性多孔復(fù)合薄膜,所述的多孔復(fù)合薄膜,通過將聚乳酸基體樹脂與zif-8復(fù)合,并控制二者的比例,使得多孔復(fù)合薄膜不僅能夠在添加適量zif-8后具有顯著的力學(xué)性能和吸附性,并且產(chǎn)品可生物降解,安全無異味,綠色環(huán)保。
實現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)解決方案為:
一種用于吸附pm2.5的高吸附性多孔復(fù)合薄膜,由質(zhì)量比為(99~95):(1~5)的聚乳酸基體樹脂和zif-8經(jīng)靜電紡絲制成。
所述的zif-8表面積為1185m2/g,顆粒粒徑為30~50nm。
進一步地,本發(fā)明還提供上述用于吸附pm2.5的高吸附性多孔復(fù)合薄膜的制備方法,具體步驟如下:
步驟1,將聚乳酸與zif-8按質(zhì)量比為(99~95):(1~5)在二氯甲烷溶液中共混,得到濃度為9~12wt%的靜電紡絲液;
步驟2,將靜電紡絲液置于靜電紡絲裝置中進行靜電紡絲,在溫度不小于20℃,相對濕度不小于50%的環(huán)境下,設(shè)置電壓為20~28kv,流速為0.1~2ml/h,接收距離為15-23cm,制得多孔復(fù)合薄膜。
步驟1中,聚乳酸與zif-8的共混具體為:先將zif-8在二氯甲烷中超聲分散均勻,再將聚乳酸溶于分散液中,繼續(xù)超聲共混。
優(yōu)選地,步驟1中,超聲分散時間不少于30min,超聲共混時間不少于3小時。
更進一步地,本發(fā)明還提供上述多孔復(fù)合薄膜在吸附pm2.5中的應(yīng)用。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
(1)通過簡單配比混合制得溶液并采用靜電紡絲方法制得纖維薄膜,操作簡單,成本低廉,薄膜孔徑為納米級別,比表面積大,孔隙率高,表面帶有靜電,吸附性能極強,吸附10分鐘所吸附的pm2.5質(zhì)量最高可達膜本身質(zhì)量的35.5%;
(2)多孔復(fù)合薄膜力學(xué)性能提高,增強了薄膜的實際應(yīng)用性能;
(3)多孔復(fù)合薄膜可回收,可重復(fù)使用,并且產(chǎn)品可生物降解,無異味,安全可靠,對人體和環(huán)境的危害及污染程度低,綠色環(huán)保。
附圖說明
圖1為比較例1的聚乳酸靜電紡絲纖維膜(a1-a2),實施例1的多孔復(fù)合薄膜(b1-b2),實施例2的多孔復(fù)合薄膜(c1-c2),實施例3的多孔復(fù)合薄膜(d1-d2),實施例4的多孔復(fù)合薄膜(e1-e2)的sem圖。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步詳述。
本發(fā)明中的zif-8,根據(jù)現(xiàn)有方法制備,可參考文獻(cravillonj等,chem.mater.,2011,23,2130-2141)報道的方法制備,即按照六水合硝酸鋅、二甲基咪唑和甲醇的摩爾比1:4:1000的配比,先將六水合硝酸鋅和二甲基咪唑分別溶于一半甲醇,然后將兩種溶液共混反應(yīng)生成zif-8,具體為:將六水合硝酸鋅的甲醇溶液與2-甲基咪唑的甲醇溶液混合,室溫下攪拌1h后靜置24h,離心、甲醇洗、干燥所得。六水合硝酸鋅的甲醇溶液濃度為1.487g/100ml,2-甲基咪唑的甲醇溶液濃度為1.602g/100ml。
比較例1
聚乳酸靜電紡絲纖維膜對照組:
稱取1.4722g聚乳酸溶解于10ml二氯甲烷中(聚乳酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10wt%,做空白對照),磁力攪拌3h使其充分溶解,制得靜電紡絲液。在溫度為20℃,相對濕度為50%的條件下進行靜電紡,設(shè)置電壓為20kv,紡絲液推進速度為0.5ml/h,接收距離為15cm,制得聚乳酸靜電紡絲纖維膜。
圖1(a1)和(a2)為聚乳酸靜電紡絲纖維膜的sem圖,可以看出,在此條件下的聚乳酸靜電紡絲纖維膜具有多孔結(jié)構(gòu)。由微機控制電子萬能試驗機進行力學(xué)性能測試,力學(xué)性能測試結(jié)果:拉伸強度1.26mpa,斷裂伸長率56.60%。定義薄膜十分鐘所吸附的pm2.5質(zhì)量同薄膜質(zhì)量比為吸附效率,材料的吸附效率為19.5%。
比較例2
稱取147.2mgzif-8溶解于10ml二氯甲烷中,超聲分散30min,加入1.325g聚乳酸(zif-8:聚乳酸=10:90),磁力攪拌3h使其充分溶解,制得靜電紡絲液。用靜電紡絲裝置對靜電紡絲液在溫度為20℃,相對濕度為50%的條件下進行靜電紡,設(shè)置電壓為20kv,紡絲液推進速度為0.5ml/h,接收距離為20cm,制多孔復(fù)合薄膜。發(fā)現(xiàn)紡絲開始后,絲上伴有較多白色小顆粒,后期出絲量下降,直至無法出絲(此時10ml紡絲液只用了4ml,剩余6ml無法繼續(xù)紡絲)。同時發(fā)現(xiàn)小燒杯內(nèi)剩余紡絲液干涸后膜表面可見白色小顆粒。推測原因為zif-8量過多,分散不均勻,且紡絲液太濃稠。由此可見,此質(zhì)量配比的紡絲液使用率過低,紡絲效果差。
實施例1
稱取13.10mgzif-8溶解于10ml二氯甲烷中,超聲分散30min,加入1.297g聚乳酸(zif-8:聚乳酸=1:99),磁力攪拌3h使其充分溶解,制得靜電紡絲液。用靜電紡絲裝置對靜電紡絲液在溫度為20℃,相對濕度為50%的條件下進行靜電紡,設(shè)置電壓為20kv,紡絲液推進速度為0.5ml/h,接收距離為20cm,制得多孔復(fù)合薄膜。圖1(b1)和(b2)為pla:zif-8為99:1的靜電紡絲纖維膜的sem圖,可以看出,在此條件下的聚乳酸靜電紡絲纖維膜具有多孔結(jié)構(gòu)。由微機控制電子萬能試驗機進行力學(xué)性能測試,力學(xué)性能測試結(jié)果:拉伸強度1.81mpa,斷裂伸長率60.12%。定義薄膜十分鐘所吸附的pm2.5質(zhì)量同薄膜質(zhì)量比為吸附效率,吸附效率為29.5%。
實施例2
稱取36.13mgzif-8溶解于10ml二氯甲烷中,超聲分散30min,加入1.7707g聚乳酸(zif-8:聚乳酸=2:98),磁力攪拌3h使其充分溶解,制得靜電紡絲液。用靜電紡絲裝置對靜電紡絲液在溫度為25℃,相對濕度為60%的條件下進行靜電紡,設(shè)置電壓為25kv,紡絲液推進速度為1ml/h,接收距離為20cm,制得多孔復(fù)合薄膜。圖1(c1)和(c2)為pla:zif-8為98:2的靜電紡絲纖維膜的sem圖,可以看出,在此條件下的聚乳酸靜電紡絲纖維膜具有多孔結(jié)構(gòu)。由微機控制電子萬能試驗機進行力學(xué)性能測試,力學(xué)性能測試結(jié)果:拉伸強度2.86mpa,斷裂伸長率100.51%。定義薄膜十分鐘所吸附的pm2.5質(zhì)量同薄膜質(zhì)量比為吸附效率,吸附效率為35.5%。
實施例3
稱取44.17mgzif-8溶解于10ml二氯甲烷中,超聲分散30min,加入1.4280g聚乳酸(zif-8:聚乳酸=3:97),磁力攪拌4h使其充分溶解,制得靜電紡絲液。用靜電紡絲裝置對靜電紡絲液在溫度為30℃,相對濕度為60%的條件下進行靜電紡,設(shè)置電壓為23kv,紡絲液推進速度為0.1ml/h,接收距離為23cm,制得多孔復(fù)合薄膜。圖1(d1)和(d2)為pla:zif-8為97:3的靜電紡絲纖維膜的sem圖,可以看出,在此條件下的聚乳酸靜電紡絲纖維膜具有多孔結(jié)構(gòu)。由微機控制電子萬能試驗機進行力學(xué)性能測試,力學(xué)性能測試結(jié)果:拉伸強度1.80mpa,斷裂伸長率71.52%。定義薄膜十分鐘所吸附的pm2.5質(zhì)量同薄膜質(zhì)量比為吸附效率,吸附效率為34.6%。
實施例4
稱取73.35mgzif-8溶解于10ml二氯甲烷中,超聲分散30min,加入1.3940g聚乳酸(zif-8:聚乳酸=5:95),磁力攪拌4h使其充分溶解,制得靜電紡絲液。用靜電紡絲裝置對靜電紡絲液在溫度為35℃,相對濕度為70%的條件下進行靜電紡,設(shè)置電壓為30kv,紡絲液推進速度為2ml/h,接收距離為20cm,制得多孔復(fù)合薄膜。圖1(e1)和(e2)為pla:zif-8為95:5的靜電紡絲纖維膜的sem圖,可以看出,在此條件下的聚乳酸靜電紡絲纖維膜具有多孔結(jié)構(gòu)。由微機控制電子萬能試驗機進行力學(xué)性能測試,力學(xué)性能測試結(jié)果:拉伸強度1.59mpa,斷裂伸長率59.67%。定義薄膜十分鐘所吸附的pm2.5質(zhì)量薄膜質(zhì)量比為吸附效率,吸附效率為28.6%。
通過以上對比例和實施例可以得到:zif-8能夠有效增強聚乳酸材料,所述的多孔復(fù)合薄膜在實施例的組分配方內(nèi)具有優(yōu)異的吸附性能和力學(xué)性能。