[发明专利]一种金属有机框架核壳纤维材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种金属有机框架核壳纤维材料及其制备方法，属于高分子材料技术领域。通过前驱体溶液的制备步骤、电纺纳米纤维的制备步骤和金属有机框架纤维材料的制备步骤，将MOF颗粒包裹在纳米纤维材料表面，制作成金属有机框架核壳纤维材料，可有效增加材料孔隙率、比表面积，既保留了纳米纤维的孔隙结构，又提高了复合纤维膜的比表面积。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种金属有机框架核壳纤维材料及其制备方法。

背景技术

金属有机骨架(Metal-Organic Framework，MOF)是由金属离子和有机配位体构成的晶体材料，不仅具有大的比表面积、多样的结构与孔隙、可调的功能性等特点，还表现出优异的PM2.5捕获和有害气体吸附能力，在多功能空气过滤领域具有潜在的应用。然而由于MOF通常是易碎的粉末晶体材料，直接使用往往会存在管道堵塞和回收问题，因此在通常需要将MOF生长或沉积到纤维上或者与聚合物混合形成复合纤维，以便应用于空气过滤领域。共混电纺得到的纤维中，由于聚合物层包裹了MOF颗粒，其比表面积和活性位点明显降低，无法有效吸附气体，而以MOF为壳，纳米纤维为核的核壳纤维材料，MOF的比表面积和活性位点有效保留，可以实现对气体分子的有效吸附和高效的PM2.5捕获。近年来，MOF核壳纤维材料的制备已成为新型空气过滤材料的研究重点，《材料化学学报》(J.Mater.Chem.A,2018,6,15807-15814)报道了一种可同时吸附甲醛和高效过滤PM2.5的ZIF@PAN纤维的制备方法，通过在电纺过程中将乙酸钴Co(AC)₂引入聚丙烯腈PAN中，然后将PAN/Co(AC)₂浸入2-甲基咪唑中，制备了制备金属有机框架核壳纤维材料，但是由PAN/Co(AC)₂转化为ZIF@PAN速率很慢，反应时间较长(10h)；《膜科学》(Journal of Membrane Science 5 81(2019)252-261)报道了一种通过反向扩散控制结晶，可以将ZIF核壳纤维材料的制备时间缩短至0.5h，所制备的ZIF@SiO₂材料也具有优异的甲醛/PM多功能过滤性能，但是反向扩散需要特殊的界面扩散装置，虽然具有短的制备时间，但是纤维膜的尺寸也存在很大限制。目前，虽然MOF核壳纤维已经通过原位生长、原子层沉积、种子生长、两相界面扩散、超分子组装、金属氧化物相转化等方法成功制备，但是由于这些方法往往存在制备效率低、制备过程复杂、设备尺寸限制和材料浪费等问题，难以实现大规模、快速制备。

因此，如何提供一种操作简单、易于大规模生产、孔隙率高和比表面积大的金属有机框架核壳纤维材料及其制备方法是本领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明公开了一种金属有机框架核壳纤维材料的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：；

一种金属有机框架核壳纤维材料，内层是聚合物电纺纳米纤维，外层是金属有机框架材料；

优选的，内层是聚酰亚胺电纺纳米纤维，外层是金属有机框架材料；

一种金属有机框架核壳纤维材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)ZIF-8前驱体溶液的制备：

1)甲醇溶液的配置：将甲醇与水按体积比为(3：7)-(7：3)混匀，得甲醇溶液；

2)甲醇乙酸锌溶液配置：按甲醇溶液与乙酸锌按体积质量比为1ml：(0. 04-0.16)g取乙酸锌加入甲醇水溶液中，混匀，得甲醇乙酸锌溶液；

3)前驱体溶液配置：称取2.5倍乙酸锌质量的2-甲基咪唑加入甲醇乙酸锌溶液，搅拌至溶液变为乳白色，得前驱体溶液；

优选的，搅拌为低速缓慢搅拌；

优选的，搅拌时间为5min；

(2)电纺纳米纤维的制备：