過濾膜及其制備方法和用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及應(yīng)用化學(xué)領(lǐng)域，具體地，涉及一種由金屬有機骨架材料與聚合物形成 的過濾膜，制備所述過濾膜的方法、所述過濾膜在濾除PM2.5和揮發(fā)性有機化合物中的用 途。
【背景技術(shù)】
[0002] 金屬有機骨架是一類多孔材料，由金屬團(tuán)簇、金屬氧化物或金屬鹽與有機配體作 用形成一維、二維或三維的網(wǎng)狀孔道結(jié)構(gòu)，具有孔隙率高、官能團(tuán)豐富、孔道有序、結(jié)構(gòu)多樣 等眾多優(yōu)點，在氣體儲存與分離、催化、膜、傳感、生物醫(yī)學(xué)成像等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。
[0003] 近些年來，環(huán)境問題日趨嚴(yán)重，對社會發(fā)展、人民生活、生態(tài)安全帶來極大危害，受 到政府的高度重視及廣大人民群眾的廣泛關(guān)注，尤其是PM2.5和苯系物、甲醛等揮發(fā)性有機 化合物。PM2.5在環(huán)境中可以滯留很長時間，且極易于進(jìn)入人體，對人們的身體健康、生命安 全帶來非常大的威脅;揮發(fā)性有機污染物則是造成環(huán)境污染、損害人體健康的主要"元兇"， 它參與大氣光化學(xué)反應(yīng)，并直接導(dǎo)致了大氣中PM2.5的形成;揮發(fā)性有機化合物還對人們的 身體健康有非常不利的影響，可以致癌、毒害中樞神經(jīng)系統(tǒng)、造成缺氧癥、引起呼吸困難甚 至死亡等。因此迫切需要尋找一種新材料、方法將其快速高效濾除。
[0004] 目前，并沒有既能夠用于去除PM2.5又能夠用于去除揮發(fā)性有機化合物的方法，都 需要使用不同材料單獨予以處理。例如，傳統(tǒng)用于濾除PM2.5的材料，包括現(xiàn)在市場上銷售 的能夠濾除PM2.5的空氣凈化器中用到的HEPA過濾網(wǎng)，主要用的是熔噴纖維、玻璃纖維和紡 粘纖維。此外，還有通過靜電除塵技術(shù)去除PM2.5。而對于揮發(fā)性有機化合物的濾除方面，目 前并沒有能夠廣泛應(yīng)用于生活中的技術(shù)方法和材料。在工業(yè)生產(chǎn)中對揮發(fā)性有機化合物的 濾除，目前常用的方法有吸附法、吸收法、燃燒法、冷凝法、生物處理法等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供了一種過濾膜，由金屬有機骨架材料與聚合物形成，所述金屬有機骨 架材料形成所述過濾膜中的金屬有機骨架部分，所述聚合物形成所述過濾膜中的聚合纖維 部分，其中所述金屬有機骨架材料由金屬源與有機配體作用形成。
[0006] 其中，所述金屬源包括金屬團(tuán)簇、金屬鹽或金屬氧化物中的至少一種。
[0007] 優(yōu)選的，所述金屬源中的金屬元素包括Mg、Ca、Zr、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Cd、Al、 Ge中的至少一種。
[0008] 更優(yōu)選的，所述金屬元素包括Zn、Zr、Cu或Mg中的至少一種。
[0009] 本發(fā)明所述的過濾膜中，所述有機配體為
CN 105536574 A 兄明書 2/10 頁
中的一種，或者包含以下 配位官能團(tuán)：-CO2H、-NO2、-OH、-NH2、-CN、-SO 3H、-SH、CH (RSH) 2、-C (RSH) 3、-CH (RNH2) 2、-C (RNH2)3、-CH(ROH)2、-C(ROH)3、-CH(RCN)2、-C(RCN)3、-CH(NH2)2、-C(NH2)3、-CH(CN) 2S-C (CN)3中的至少一種，其中，配位官能團(tuán)中的R各自獨立地代表包含1至5個苯環(huán)的亞烴基。
[0010] 優(yōu)選的，所述有機配體為
或包含-C02H、-NH2或-OH中的至少一種配位官能 團(tuán)的有機配體。
[0011] 本發(fā)明所述的過濾膜中，所述聚合物包括聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙 烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯、聚丙烯腈、聚丙烯酸甲酯、聚乙二醇、聚碳酸酯中的至少一 種。
[0012] 優(yōu)選的，所述聚合物為聚丙烯腈、聚苯乙烯或聚乙烯吡咯烷酮。
[0013] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選的實施方案，本發(fā)明的過濾膜中所述金屬有機骨架材料的 金屬源為氯化鋯、有機配體為2_氨基對苯二甲酸，所述聚合物為聚丙烯腈。
[0014] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選的實施方案，本發(fā)明的過濾膜中所述金屬有機骨架材料的 金屬源為醋酸銅、有機配體為均苯三甲酸，所述聚合物為聚苯乙烯。
[0015] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選的實施方案，本發(fā)明的過濾膜中所述金屬有機骨架材料的 金屬源為硝酸鋅、有機配體為2_甲基咪唑，所述聚合物為聚丙烯腈。
[0016] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選的實施方案，本發(fā)明的過濾膜中所述金屬有機骨架材料的 金屬源為硝酸鎂、有機配體為2，5-二羥基對苯二甲酸，所述聚合物為聚乙烯吡咯烷酮。
[0017] 本發(fā)明所述的過濾膜，其中相對于1克的所述金屬有機骨架材料，所述聚合物的 用量為0.1-10克。
[0018] 本發(fā)明還提供了 一種制備上述過濾膜的方法，該方法包括:將金屬有機骨架材料 與聚合物接觸，所述金屬有機骨架材料形成所述過濾膜中的金屬有機骨架部分，所述聚合 物形成所述過濾膜中的聚合纖維部分，其中所述金屬有機骨架材料由金屬源與有機配體作 用形成。
[0019] 其中，所述金屬源包括金屬團(tuán)簇、金屬鹽或金屬氧化物中的至少一種。
[0020] 優(yōu)選的，所述金屬源中的金屬元素包括Mg、Ca、Zr、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Cd、Al、 Ge中的至少一種。
[0021 ] 所述金屬元素包括Zn、Zr、Cu或Mg中的至少一種。
[0022]本發(fā)明所述的方法中，所述有機配體為
、
中的一種，或者包含以下 配位官能團(tuán)：-CO2H、-NO2、-OH、-NH2、-CN、-SO 3H、-SH、-CH (RSH) 2、-C (RSH) 3、-CH (RNH2) 2、-C (RNH2)3、-CH(ROH)2、-C(ROH)3、-CH(RCN)2、-C(RCN)3、-CH(NH2)2、-C(NH2)3、-CH(CN) 2S-C (CN)3中的至少一種，其中，配位官能團(tuán)中的R各自獨立地代表包含1至5個苯環(huán)的亞烴基。
[0023] 優(yōu)選的，所述有機配體為
或包含-C〇2H、_NH2或-OH中的至少一種配位官能團(tuán) 的有機配體。
[0024] 本發(fā)明所述的方法中，所述聚合物包括聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯 醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯、聚丙烯腈、聚丙烯酸甲酯、聚乙二醇、聚碳酸酯中的至少一種。
[0025] 優(yōu)選的，所述聚合物為聚丙烯腈、聚苯乙烯或聚乙烯吡咯烷酮。
[0026] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選的實施方案，本發(fā)明的方法中所述金屬有機骨架材料的金 屬源為氯化鋯、有機配體為2-氨基對苯二甲酸，所述聚合物為聚丙烯腈。
[0027] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選的實施方案，本發(fā)明的方法中所述金屬有機骨架材料的金 屬源為醋酸銅、有機配體為均苯三甲酸，所述聚合物為聚苯乙烯。
[0028] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選的實施方案，本發(fā)明的方法中所述金屬有機骨架材料的金 屬源為硝酸鋅、有機配體為2_甲基咪唑，所述聚合物為聚丙烯腈。
[0029] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選的實施方案，本發(fā)明的過濾膜中所述金屬有機骨架材料的 金屬源為硝酸鎂、有機配體為2，5-二羥基對苯二甲酸，所述聚合物為聚乙烯吡咯烷酮。
[0030] 本發(fā)明所述的方法中，相對于1克的所述金屬有機骨架材料，所述聚合物的用量 為0.1-10 克。
[0031] 本發(fā)明所述的方法，所述金屬有機骨架材料與聚合物的接觸在溶劑中進(jìn)行，相對1 克的金屬有機骨架材料，溶劑的用量為10-100毫升，通過紡絲或浸涂方法制備所述過濾 膜。
[0032] 優(yōu)選的，所述溶劑包括水、甲醇、乙醇、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二乙基甲酰 胺中的至少一種。
[0033] 本發(fā)明還提供了本發(fā)明所述過濾膜在濾除PM2.5中的用途。
[0034] 本發(fā)明還提供了本發(fā)明所過濾膜在濾除揮發(fā)性有機化合物中的用途。
[0035] 本發(fā)明的過濾膜過濾性能非常優(yōu)秀，可以快速高效濾除PM2.5和揮發(fā)性有機化合 物，30分鐘濾除率可達(dá)到80 %以上。
[0036] 本發(fā)明所述過濾膜原料簡單易得，無危害性;制備工藝簡便快速，10分鐘左右即可 得到產(chǎn)品，能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn);可以同時濾除PM2.5和揮發(fā)性有機化合物，且都具有高效 的濾除效率，30分鐘濾除率可以達(dá)到80%以上;所述過濾膜純度高、透光、透風(fēng)、超低氣阻;所 述過濾膜具有一定的柔性與可加工性，可用于多種防護(hù)材料的制備;過濾膜的比表面積高、 表面官能團(tuán)豐富、孔隙率高，有效的促進(jìn)了對PM2.5和揮發(fā)性有機化合物的濾除。
[0037]現(xiàn)有技術(shù)中沒有既能夠高效濾除PM2.5又能夠高效濾除揮發(fā)性有機化合物的材 料，都需要使用不同的材料單獨予以濾除