[发明专利]一种金属有机框架-聚酰亚胺复合纤维膜材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种金属有机框架‑聚酰亚胺复合纤维膜材料的制备，首先在甲醇体系中，通过室温快速的方法制备了ZIF‑8，再进行亚胺化反应制得可溶性聚酰亚胺6FDA‑BDAF，之后利用简单的静电纺丝技术制备了ZIF/PI复合纤维膜，所制得的膜材料具有较高的热稳定性和机械强度，且为由纳米纤维随机分布形成的互联网络结构，其直径范围分布在200‑300纳米，ZIF‑8很好地分散在PI基体中，无明显团聚，且随着ZIF‑8的加入，原本光滑的纤维表面变得粗糙，同时超细纤维出现的频率增加，使得材料的比表面积增加，具有较强的捕获PM2.5能力，重要的是制备方法简便，反应条件温和易控，利于大规模生产，良好的性能及简便的制备方法使其在高温空气过滤领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及功能材料制备技术领域，具体涉及一种金属有机框架-聚酰亚胺复合纤维膜材料的制备方法。

背景技术

聚酰亚胺(PI)是主链含有酰亚胺环的一类有机高分子，也是综合性能最佳的有机高分子材料之一，具有高绝缘性能，高机械强度、高热稳定性和耐磨损等优点，广泛应用在航空、航天、微电子、纳米、液晶、分离膜、激光等领域。此外，聚酰亚胺还具有高的偶极矩(达到6.2D)，比常用主动捕获聚合物的偶极矩高得多，因此其具有极强的PM2.5捕获能力，聚酰亚胺优异的物理化学性能也推动了其在空气过滤领域的应用。

传统的空气过滤材料往往通过增大堆积密度或者缩小纤维孔径来提高过滤效率，然而该操作会增加空气流动阻力，给使用者带来不适；并且随着科技的发展，人们对空气过滤材料提出更高的要求，除了PM过滤效率和压阻外、热稳定性、机械性能等也成为了衡量新型过滤材料的重要指标。聚酰亚胺纤维膜具有优异的热稳定性和机械性能，对其进行功能化改性，在不损害原有性能的前提下，进一步提高其对PM2.5的过滤能力，可以拓宽聚酰亚胺过滤材料在空气过滤领域的应用前景，也为PM污染控制提供一种可行的途径。

金属有机骨架(Metal-Organic Frameworks，MOF)是由金属离子和有机配位体构成的框架结构。一些MOF材料，不仅具有比表面积大、结构与孔隙多样性、功能可调性等特点，还表现出高的PM2.5捕获能力。近年来，将MOF材料与聚合物结合以成为了新型空气过滤材料的研究热点，《美国化学杂志》(J.Am.Chem.Soc.2016，138，5785-5788.)报道了一种MOF/聚丙烯腈复合纤维膜材料，通过在聚丙烯腈纳米纤维上负载MOF材料，可以同时实现空气中PM颗粒和有毒气体的过滤，然而由于MOF与聚合物基体的相互作用较差，使得该复合膜材料的机械性能和稳定性较差；《化学工程杂志》(Chemical Engineering Journal 2018，338，82-91.)报道了一种ZIF-8/聚乳酸复合纤维膜材料，由于聚乳酸与ZIF-8具有良好的界面相互作用，从而在不损害基体性能的前提下进一步提高了复合膜的PM过滤效率，但是聚乳酸自身耐热性和机械性能较差，也无法在严苛的工作环境下使用。

结合上述，结合聚酰亚胺材料与金属有机框架的优点，提供一种金属有机框架-聚酰亚胺复合纤维膜材料，是现有技术中研究的热点，但是现有技术中关于聚酰亚胺与金属有机框架的复合多采用原位复合法，不仅使两者结合能力差影响机械性能，且制备工艺复杂难以操作，故如何提供一种更简便的工艺来制备金属有机框架-聚酰亚胺复合纤维膜材料，使其不仅具有良好的PM污染物的过滤能力，而且还具有低的压阻以及更高的耐热性和更优良的机械性能优异性能是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种金属有机框架-聚酰亚胺复合纤维膜材料的制备方法，利用静电纺丝技术对金属有机框架和聚酰亚胺混合材料进行电纺，使两者之间具有更好的结合能力，从而具有更优良的机械性能，且制备工艺更加简便。

为了实现上述目的，本发明具体采用如下技术手段：

一种金属有机框架-聚酰亚胺复合纤维膜材料的制备，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：金属有机框架ZIF-8的制备