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在我国经济高速发展的同时,伴随而来的空气污染问题愈发严重,室内空气污染的危害程度远远高于室外,其引发的一系列健康问题关乎民生福祉。室内空气污染物的主要成分是挥发性有机化合物(VOCs)和微小颗粒物,而当前的空气过滤材料功能单一,主要针对微小颗粒物PM2.5,无法同时兼顾吸附甲醛等有害物质。本文将具有三维立体空间结构的静电纺纳米纤维材料作为载体与金属有机框架材料(MOFs)复合,结合两者优点特性的同时扩展了MOFs材料的实际应用性。探讨金属有机框架@纳米纤维材料对微小颗粒物的过滤性能和对甲醛的吸附性能,制备能够高效净化室内空气环境的新型材料。主要研究内容及结果如下:
(1)通过静置沉淀法制备了ZIF-67、ZIF-8金属有机框架材料和MnO2催化材料,通过溶剂热法制备了HKUST-1金属有机框架材料,购置了粉末状活性炭吸附材料,并对其进行酸改性处理。对制备材料进行了甲醛吸附性能测试,为后续纳米纤维负载金属有机框架材料在甲醛吸附上的应用做铺垫。结果表明:ZIF-67、ZIF-8、HKUST-1、MnO2、活性炭材料的甲醛去除率分别为74.6%、79.8%、67.7%、55.2%、63%。
(2)将ZIF-67与PS纳米纤维相结合,通过将乙酸钴(Co(AC)2)添加于PS纺丝液中,利用静电纺丝技术制备了Co(AC)2/PS纳米纤维膜,将其浸泡在2-甲基咪唑(2-MI)/乙醇溶液,使PS纳米纤维上的Co2+与浸泡液中的2-MI配体发生配位反应,沿着纤维表面原位生长ZIF-67晶体,制备了ZIF-67@PS纳米纤维膜。ZIF-67的负载使过滤效率和甲醛吸附性能得到提升。在32L/min的空气流速下,ZIF-67@PS纳米纤维膜过滤效率达到95.2%,过滤阻力约为67.4Pa,QF值为0.0451Pa-1。ZIF-67@PS纳米纤维膜甲醛去除率达到95.0%。经过五次甲醛吸附循环测试后,仍具有良好的甲醛吸附性能,甲醛去除率为77.0%。
(3)利用静电纺丝技术制备了Zn(CH3COO)2/PAN纳米纤维膜,通过浸泡的方式制备了ZIF-8@PAN纳米纤维。ZIF-8@PAN材料表面是由错落无规堆积的一维纳米材料(PAN纳米纤维)作为主体和纤维表面存在的二级纳米结构(ZIF-8晶体)组成,ZIF-8@PAN材料显示了较好的柔性。纤维平均直径为605nm,表面粗糙度Ra值为307nm,ZIF-8晶体的负载提高了PAN纳米纤维膜的表面粗糙度,增加纳米纤维膜材料表面的有效过滤面积,增强对微小颗粒物的捕获。在32L/min的空气流速下,过滤效率达到96.9%,过滤阻力约为65.8Pa,QF值为0.0528Pa-1。甲醛去除率达到98.0%。经过五次甲醛吸附循环测试,ZIF-8@PAN仍具有良好的甲醛吸附性能,甲醛去除率分别为98.0%、94.9%、91.0%、86.2%、81.5%。
(1)通过静置沉淀法制备了ZIF-67、ZIF-8金属有机框架材料和MnO2催化材料,通过溶剂热法制备了HKUST-1金属有机框架材料,购置了粉末状活性炭吸附材料,并对其进行酸改性处理。对制备材料进行了甲醛吸附性能测试,为后续纳米纤维负载金属有机框架材料在甲醛吸附上的应用做铺垫。结果表明:ZIF-67、ZIF-8、HKUST-1、MnO2、活性炭材料的甲醛去除率分别为74.6%、79.8%、67.7%、55.2%、63%。
(2)将ZIF-67与PS纳米纤维相结合,通过将乙酸钴(Co(AC)2)添加于PS纺丝液中,利用静电纺丝技术制备了Co(AC)2/PS纳米纤维膜,将其浸泡在2-甲基咪唑(2-MI)/乙醇溶液,使PS纳米纤维上的Co2+与浸泡液中的2-MI配体发生配位反应,沿着纤维表面原位生长ZIF-67晶体,制备了ZIF-67@PS纳米纤维膜。ZIF-67的负载使过滤效率和甲醛吸附性能得到提升。在32L/min的空气流速下,ZIF-67@PS纳米纤维膜过滤效率达到95.2%,过滤阻力约为67.4Pa,QF值为0.0451Pa-1。ZIF-67@PS纳米纤维膜甲醛去除率达到95.0%。经过五次甲醛吸附循环测试后,仍具有良好的甲醛吸附性能,甲醛去除率为77.0%。
(3)利用静电纺丝技术制备了Zn(CH3COO)2/PAN纳米纤维膜,通过浸泡的方式制备了ZIF-8@PAN纳米纤维。ZIF-8@PAN材料表面是由错落无规堆积的一维纳米材料(PAN纳米纤维)作为主体和纤维表面存在的二级纳米结构(ZIF-8晶体)组成,ZIF-8@PAN材料显示了较好的柔性。纤维平均直径为605nm,表面粗糙度Ra值为307nm,ZIF-8晶体的负载提高了PAN纳米纤维膜的表面粗糙度,增加纳米纤维膜材料表面的有效过滤面积,增强对微小颗粒物的捕获。在32L/min的空气流速下,过滤效率达到96.9%,过滤阻力约为65.8Pa,QF值为0.0528Pa-1。甲醛去除率达到98.0%。经过五次甲醛吸附循环测试,ZIF-8@PAN仍具有良好的甲醛吸附性能,甲醛去除率分别为98.0%、94.9%、91.0%、86.2%、81.5%。