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(jī)械性及相容性，而且其具有的比表面積高、孔隙率大等特點(diǎn)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(jī)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(diǎn)，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(jī)骨架材料，是以鋅為配位中心，二甲基咪唑?yàn)榕潴w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(jī)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(dá)69.17％(李耀，金屬有機(jī)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(jī)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(shí)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(shí)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(jìn)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(jìn)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(shí)間不少于30min，超聲共混時(shí)間不少于3小時(shí)。
更進(jìn)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(diǎn)：
(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(qiáng)，吸附10分鐘所吸附的pm2.5質(zhì)量最高可達(dá)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(qiáng)了薄膜的實(shí)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(shí)施例1的多孔復(fù)合薄膜(b1-b2)，實(shí)施例2的多孔復(fù)合薄膜(c1-c2)，實(shí)施例3的多孔復(fù)合薄膜(d1-d2)，實(shí)施例4的多孔復(fù)合薄膜(e1-e2)的sem圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)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(xiàn)(cravillonj等,chem.mater.，2011，23，2130-2141)報(bào)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(jìn)行靜電紡，設(shè)置電壓為20kv，紡絲液推進(jìn)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(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行力學(xué)性能測試，力學(xué)性能測試結(jié)果：拉伸強(qiáng)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(jìn)行靜電紡，設(shè)置電壓為20kv，紡絲液推進(jìn)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(shí)10ml紡絲液只用了4ml，剩余6ml無法繼續(xù)紡絲)。同時(shí)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?yàn)閦if-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(shí)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(jìn)行靜電紡，設(shè)置電壓為20kv，紡絲液推進(jìn)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(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行力學(xué)性能測試，力學(xué)性能測試結(jié)果：拉伸強(qiáng)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(shí)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(jìn)行靜電紡，設(shè)置電壓為25kv，紡絲液推進(jìn)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(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行力學(xué)性能測試，力學(xué)性能測試結(jié)果：拉伸強(qiáng)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(shí)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(jìn)行靜電紡，設(shè)置電壓為23kv，紡絲液推進(jìn)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(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行力學(xué)性能測試，力學(xué)性能測試結(jié)果：拉伸強(qiáng)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(shí)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(jìn)行靜電紡，設(shè)置電壓為30kv，紡絲液推進(jìn)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(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行力學(xué)性能測試，力學(xué)性能測試結(jié)果：拉伸強(qiáng)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(shí)施例可以得到：zif-8能夠有效增強(qiáng)聚乳酸材料，所述的多孔復(fù)合薄膜在實(shí)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。