[发明专利]一种ZIF-8/聚偏氟乙烯复合纳米纤维膜及其制备方法和应用

说明书

本发明属于功能性复合纳米纤维膜的制备技术领域，公开了一种ZIF‑8/聚偏氟乙烯复合纳米纤维膜及其制备方法和应用。本发明制备方法包括以下步骤：(1)将2‑甲基咪唑和聚偏氟乙烯混合得到纺丝液并制备静电纺丝膜；(2)将静电纺丝膜放入六水合硝酸锌的甲醇溶液中，制备具有ZIF‑8的复合晶种膜；(3)再将具有ZIF‑8的复合晶种膜放入六水合硝酸锌和2‑甲基咪唑混合的甲醇溶液中，经洗涤、真空干燥后得到ZIF‑8/聚偏氟乙烯复合纳米纤维膜。本发明克服了ZIF‑8在纤维膜表面负载率低以及晶体团聚现象严重的问题，对刚果红染料废水的吸附去除率可到92％，膜再生性好，循环利用方便。

技术领域

本发明属于功能性纳米纤维膜的制备技术领域，特别涉及一种ZIF-8/聚偏氟乙烯复合纳米纤维膜及其制备方法和应用。

背景技术

纺织印染废水主要来源于各道生产加工工序，由于所使用的化学原料不同，所产生的污染物也不尽相同。刚果红是一种典型的联苯胺类直接偶氮染料，它在生产和使用过程中流失率高，易进入水体，对生态环境有破坏作用。刚果红染料废水具有水质变化大、色度和COD高等特点，传统的好氧生化处理方法很难处理。而在厌氧条件下，刚果红会生成毒性更大的芳香胺类物质。因此，研发高效的刚果红染料废水处理方法具有重要的实际意义。

近年来，金属有机骨架材料(MOFs)作为一种新型多孔晶体材料，因其具有独特的高比表面积、大孔容及结构可调性等优点，已在气体吸附/分离、储存、光电传感、药物传递、催化等方面显示出广阔的应用前景。沸石咪唑酯骨架ZIF-8是其中一种由ZnN₄四面体结构单元组成的微孔晶体MOF材料，具备较好的湿热稳定性及化学稳定性。静电纺丝技术作为一种可以制备直径从几纳米到几微米的连续的超细纤维的方法，其在吸附过滤等方面的应用受到人们的广泛关注。因此目前在MOFs/聚合物领域，已有研究学者开始将MOFs多孔材料负载到静电纺丝基纳米纤维上并应用于污染水体的处理，但相关研究还相对较少。专利CN102671553 B公开了一种应用静电纺丝技术制备原位ZIF-8基无机微孔分离膜的方法；专利CN 107503044 A公开了一种采用反向扩散法制备用于空气净化的负载ZIF-8的二氧化硅纳米纤维复合膜的制备方法；专利CN 106988017 A和专利CN 105951304 A则均采用将聚合物和ZIF-8共混的方法来制备功能性复合薄膜。但是上述纳米纤维复合膜的制备中分别存在工艺条件苛刻、负载率不高及沸石咪唑酯骨架ZIF-8颗粒团聚现象严重的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种ZIF-8/聚偏氟乙烯复合纳米纤维膜。

本发明另一目的在于提供上述ZIF-8/聚偏氟乙烯复合纳米纤维膜的制备方法。

本发明再一目的在于提供上述ZIF-8/聚偏氟乙烯复合纳米纤维膜在吸附去除模拟刚果红废水领域中的应用，特别是吸附处理刚果红染料废水中的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种ZIF-8/聚偏氟乙烯复合纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)将二甲基乙酰胺和丙酮混合搅拌均匀，然后加入2-甲基咪唑，搅拌使其溶解；再加入聚偏氟乙烯，加热并搅拌至溶解，得到纺丝溶液；将纺丝溶液置于静电纺丝装置中进行静电纺丝，得到聚偏氟乙烯静电纺丝膜；

(2)取步骤(1)制备的聚偏氟乙烯静电纺丝膜加入到六水合硝酸锌的甲醇溶液中，加热静置后，经甲醇冲洗得到具有ZIF-8的复合晶种膜；

(3)将步骤(2)制备的具有ZIF-8的复合晶种膜加入到生长液中，加热静置后，经甲醇洗涤后真空干燥，得到所述的ZIF-8/聚偏氟乙烯复合纳米纤维膜，生长液为六水合硝酸锌的甲醇溶液和2-甲基咪唑的甲醇溶液混合得到的。

优选的，步骤(1)所述二甲基乙酰胺和丙酮的质量比为2:3～1:1。