一种离子液体-金属有机框架复合材料及其制备方法和应用

1.本发明涉及空气净化膜材料技术领域，具体地，涉及一种离子液体-金属有机框架复合材料及其制备方法和应用。


背景技术：

2.随着工业化的快速发展和各种各样的人类活动，空气污染危机变得愈发严重且威胁着环境问题和公众健康。颗粒物(pm)作为雾霾问题的罪魁祸首，对空气质量和人体健康有严重影响。空气动力学直径小于或等于2.5μm(pm
2.5
)的颗粒物可被人体吸入到肺部，而空气动力学直径小于10μm(pm
10
)的颗粒物可以通过呼吸在人体的上呼吸道滞留，对人体造成危害。因此，迫切需要开发高效的pm过滤材料。
3.现有的被用于解决pm污染问题的材料包括一些传统的净化材料，如商用过滤材料(熔喷纺织布和活炭)、极性聚合物纳米纤维(聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮和尼龙等)和镀铝或银的纳米线导电过滤器。但这些方法都有着不可避免的缺点，如使用高压电离空气时成本高、能耗大、产生臭氧、过滤效率低、驻极体失效等。
4.现有技术公开了一种离子液体与金属有机框架复合吸附剂的制备方法和应用，以金属有机框架(mof)作为载体，以离子液体(il)作为活性组分，通过表面吸附作用将多种离子液体负载到金属有机框架材料的孔道内部，实现了对烯烃/炔烃混合气体的高选择性分离。然而，该现有技术所提供的材料可以吸附分离乙烯/乙炔混合气体的原因在于离子液体对乙烯和乙炔具有选择性的吸收，并未对材料的zeta电势等性能作出改进。现有的用于过滤空气中pm的材料大多是依靠其静电作用力实现对pm的捕获和滤除的，但材料静电作用力的提升会导致被捕获pm的量增加，而由于pm被极化时会产生相反的电荷，所以又会反过来使过滤材料的静电作用力降低。可见，该过滤材料的静电作用力会受到使用时间的影响，不能使过滤材料能够在长时间的使用下维持较强的静电作用力。


技术实现要素：

5.为了解决现有离子液体-金属有机框架复合材料无法长时间维持强静电作用力的问题，本发明提供了一种离子液体-金属有机框架复合材料，将具有高绝对静电位的离子液体(il)嵌入到金属有机框架(mof)的孔道中，通过mof的表面极化作用和il的静电作用捕获空气中的pm，且由于材料的静电作用力足够强，在捕获pm后该作用力也不受影响，实现了高达96h的长程耐用性。
6.本发明的另一目的在于提供一种上述离子液体-金属有机框架复合材料的制备方法。
7.本发明的再一目的在于提供一种静电纺丝纤维膜。
8.本发明的又一目的在于提供一种上述静电纺丝纤维膜在空气净化方面的应用。
9.本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
10.一种离子液体-金属有机框架复合材料，其结构为离子液体嵌入到金属有机框架
中，其中的离子液体任意地选自[c4mim]cl、[c4mim][oac]、[c4mim][scn]、[c4mim][bf4]、[c4mim][ntf2]、[tba][bf4]、[bpy][bf4]、[nbmpy][bf4]中的一种或几种。
[0011]
1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([c4mim]cl)、1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐([c4mim][oac])、1-丁基-3-甲基咪唑硫氰酸盐([c4mim][scn])、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([c4mim][bf4])、1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐([c4mim][ntf2])、四丁基四氟硼酸铵([tba][bf4])、n-丁基吡啶四氟硼酸盐([bpy][bf4])和n-丁基-n-甲基吡咯烷四氟硼酸盐([nbmpy][bf4])这几种离子液体，均具有不对称且柔性的有机阳离子部分，该部分带有离域静电荷，这导致阴阳离子之间具有强烈的静电相互作用，因此离子液体本身具有较高的绝对静电位，而这也导致本发明所制备得到的离子液体-金属有机框架复合材料对pm具有更强的静电作用力；与此同时，由于离子液体是嵌入到mof的孔道中的，所以受到所捕获pm的影响更小，能够在更长的时间内维持静电作用力。
[0012]
优选地，离子液体为[c4mim][bf4]。当离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐时，所得到的离子液体-金属有机框架复合材料在负载到载体上后对于空气中的pm具有更好的滤除效果。
[0013]
优选地，离子液体-金属有机框架复合材料中的金属有机框架任意地选自zif-8、zif-67、uio-66-nh2、mil-53-nh2、mil-68-nh2、mil-100-nh2、mil-101-nh2、m-bdc-nh2、mil-53-nh2、mof-74-nh2、hkust-1、m-mof-74-nh2中的一种或几种。
[0014]
上述mof中，zif-8、zif-67具有表面电荷，uio-66-nh2、mil-53-nh2、mil-68-nh2、mil-100-nh2、mil-101-nh2、m-bdc-nh2、mil-53-nh2、mof-74-nh2具有极性官能团，hkust-1具有开放金属位点，m-mof-74-nh2同时具有开放金属位点和极性官能团。因此，上述mof对pm具有更强的表面极化作用，而这种表面极化能力也是离子液体-金属有机框架复合材料所带的静电作用力的一部分。
[0015]
优选地，离子液体-金属有机框架复合材料中离子液体的负载量为5～30wt％。
[0016]
当il的负载量低于5wt％时，离子液体-金属有机框架复合材料的静电作用力强度不足；当il的负载量高于30wt％时，由于在本发明中离子液体-金属有机框架复合材料需要通过静电纺丝工艺负载在载体上来起作用，而il的负载量太高时材料的静电作用太强，在静电纺丝时需要花费更高的时间、精力和成本，因此本发明优选离子液体-金属有机框架复合材料中il的负载量在30wt％以内。
[0017]
更优选地，离子液体-金属有机框架复合材料中离子液体的负载量为10～25wt％。
[0018]
本发明还保护上述离子液体-金属有机框架复合材料的制备方法，具体包括如下步骤：将金属有机框架加入到离子液体溶液中充分浸渍，即可得到离子液体-金属有机框架复合材料。
[0019]
本发明还保护一种静电纺丝纤维膜，该静电纺丝纤维膜上负载了上述离子液体-金属有机框架复合材料。
[0020]
上述静电纺丝纤维膜对于pm具有高滤除性能的主要机理包括惯性撞击作用、布朗扩散作用、直接拦截作用、重力沉降作用和静电力作用。首先，惯性撞击和布朗扩散是现有技术中较为常规的去除原理，pm在静电纺丝纤维膜中运动时，stokes数越大，peclet数越大，pm与纤维膜之间的惯性撞击和布朗扩散作用越强。负载了离子液体-金属有机框架复合材料后的纤维，直径会比未负载的纤维更大，因此空气中的pm在通过纤维膜时，惯性碰撞作
用增强，布朗扩散作用也增强。同时，增大的纤维直径可以提供更多更细小的交叉间隙，通过直接拦截途径捕获pm，从而使整体过滤效率趋于提高。此外，所制备的静电纺丝纤维膜材料表面能大，比表面积大，吸附能力强，这是由于负载了mof后在纤维表面形成了粗糙的表面及微孔和介孔共存的多孔结构，而这样的表面形貌具有良好的pm去除潜力。
[0021]
更重要的是，本发明所提供的静电纺丝纤维膜具有较强的静电力。由于pm中含有各种离子和一些极性较高的官能团(如so
42-，no
3-，nh
4+
，cl-，c-o,c＝o,c-n)，带有表面电荷和/或极性官能团等的mof就可以使pm表面极化，同时il具有较高的绝对静电位，能够改善pm与静电纺丝纤维膜之间的静电相互作用，因而显著提高纤维膜的pm过滤去除性能，同时使这种pm滤除性能够保持长时间不变。经过zeta电位测试发现，il的引入确实可以提高纤维上电荷的大小，从而增加纤维与pm颗粒之间的静电力，而静电力作为驱动力提高了pm的去除效率。
[0022]
综上所述，空气中不能通过纤维间细小交叉间隙的大颗粒污染物，在通过纤维膜时很容易被直接拦截、惯性碰撞和布朗扩散机制所阻挡。同时，pm
2.5
、pm
0.3-0.5
等粒径较小的颗粒物则可被纤维膜材料所具有的强吸附能力和静电作用力捕获。除了mof的贡献外，il在卓越的pm过滤效率中起着至关重要的作用，它可以提供足够的电荷来增加静电力，从而实现高效的pm捕获。
[0023]
优选地，静电纺丝纤维膜上离子液体-金属有机框架复合材料的负载量为2～50wt％。
[0024]
当离子液体-金属有机框架复合材料的负载量低于2wt％时，静电纺丝复合纤维膜的静电作用力强度不足；当离子液体-金属有机框架复合材料的负载量高于50wt％时，由于负载量太高时静电纺丝需要花费更高的时间和成本，因此本发明优选静电纺丝纤维膜上离子液体-金属有机框架复合材料的负载量在50wt％以内。
[0025]
更优选地，静电纺丝纤维膜上离子液体-金属有机框架复合材料的负载量为5～20wt％。
[0026]
在本发明的具体实施方式中，上述纤维膜的制备方法，可以具体包括如下步骤：将离子液体-金属有机框架复合材料、pan与有机溶剂充分混合，通过静电纺丝工艺制备得到纤维膜。
[0027]
在本发明的具体实施方式中，通过静电纺丝工艺制备得到纤维膜的具体操作步骤为：将离子液体-金属有机框架复合材料、聚丙烯腈(pan)与n,n-二甲基甲酰胺充分混合，得到静电纺丝液，进行静电纺丝。
[0028]
在本发明的具体实施方式中，通在静电纺丝工艺中所施加的电压为9～25kv；纺丝液流速为0.4～1.2ml/h；纺丝金属针尖与接收转轴之间的距离为12～22cm；在进行静电纺丝时可以将无纺布包裹在金属接收转轴上；将环境温度保持为25
±
3℃；湿度保持为50
±
5％。
[0029]
本发明还保护一种上述纤维膜在空气净化方面的应用。
[0030]
优选地，在上述静电纺丝纤维膜净化的空气中包含pm
0.5-1.0
、pm
0.3-0.5
、pm
2.5
和pm
10
四种颗粒污染物。
[0031]
当净化的空气中包括上述四种颗粒污染物时，能够更充分地证明本发明所提供的静电纺丝纤维膜性能优异的空气净化性能。
[0032]
更优选地，在上述纤维膜净化的空气中的pm
2.5
指数》500μg
·
m-3
，pm
10
指数》900μg
·
m-3
。
[0033]
目前按我国的标准，空气中的pm
2.5
指数24小时平均浓度小于75μg
·
m-3
为达标，大于500μg
·
m-3
的pm
2.5
指数意味着严重的空气污染。与此同时，国家对可吸入颗粒物pm
10
设定的标准值是24小时平均浓度小于150μg
·
m-3
。因此，当空气中的pm
2.5
指数和pm
10
指数分别大于500μg
·
m-3
和900μg
·
m-3
时，意味着空气质量极差，此时本发明所提供的纤维膜具有最高的实用性。
[0034]
和现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0035]
本发明所提供的离子液体-金属有机框架复合材料，通过mof的表面电荷和/或极性官能团等的作用，以及具有高静电位的il的强静电作用，实现了对空气中pm的高效捕获；负载了本发明所提供的离子液体-金属有机框架复合材料的纤维膜，对pm
10
的过滤效率能够达到98.49
±
0.51％，对pm
2.5
的过滤效率能够达到98.37
±
0.36％，对pm
0.5-1.0
和pm
0.3-0.5
的过滤效率也都能达到94％以上，更重要的是，本发明所制备的纤维膜对pm
2.5
的过滤效率在96h的使用后也仅下降0.40％，具有优异的长程耐用性。
附图说明
[0036]
图1为本发明所选离子液体的化学结构式。
[0037]
图2为本发明实施例4和实施例9～10所制备的离子液体-金属有机框架复合材料的红外光谱图。
[0038]
图3为负载了本发明实施例4所得离子液体-金属有机框架复合材料的纤维膜的扫描电子显微镜图。
[0039]
图4为纯pan纤维膜材料的扫描电子显微镜图。
[0040]
图5为负载了本发明实施例4所得离子液体-金属有机框架复合材料的纤维膜的氮气等温吸脱附曲线图。
[0041]
图6为负载了本发明实施例4所得离子液体-金属有机框架复合材料的纤维膜的孔径分布曲线。
[0042]
图7为负载了本发明实施例4、实施例9～10所得离子液体-金属有机框架复合材料的纤维膜与仅负载了mof材料的纤维膜对pm
10
和pm
2.5
的滤除性能和zeta电势。
[0043]
图8为负载了本发明实施例1～8所提供的一系列离子液体-金属有机框架复合材料的纤维膜的pm滤除性能测试图和zeta电势。
[0044]
图9为负载了本发明实施例4所得离子液体-金属有机框架复合材料的纤维膜的pm滤除性能长程测试图。
具体实施方式
[0045]
以下给出本发明的具体实施案例，对本发明做进一步的详细说明。但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非另有说明，本发明实施例采用的原料试剂为常规购买的原料试剂。
[0046]
实施例1
[0047]
一种离子液体-金属有机框架复合材料，其结构为离子液体嵌入到金属有机框架
中，其中离子液体为[c4mim]cl，离子液体的负载量为20wt％。
[0048]
上述实施例1所提供的离子液体-金属有机框架复合材料，其制备方法具体包括如下步骤：
[0049]
将200mg金属有机框架zif-8加入到5ml[c4mim]cl的丙酮溶液中，其中[c4mim]cl的浓度为8mg/ml；密封搅拌8小时以充分浸渍，而后蒸发去除溶剂、干燥，即可得到离子液体-金属有机框架复合材料。
[0050]
实施例2
[0051]
一种离子液体-金属有机框架复合材料，其中与实施例1的不同之处在于：
[0052]
离子液体为[c4mim][oac]。
[0053]
上述实施例2所提供的离子液体-金属有机框架复合材料，其制备方法与实施例1的不同之处在于：
[0054]
所用离子液体为[c4mim][oac]。
[0055]
实施例3
[0056]
一种离子液体-金属有机框架复合材料，其中与实施例1的不同之处在于：
[0057]
离子液体为[c4mim][scn]。
[0058]
上述实施例3所提供的离子液体-金属有机框架复合材料，其制备方法与实施例1的不同之处在于：
[0059]
所用离子液体为[c4mim][scn]。
[0060]
实施例4
[0061]
一种离子液体-金属有机框架复合材料，其中与实施例1的不同之处在于：
[0062]
离子液体为[c4mim][bf4]。
[0063]
上述实施例4所提供的离子液体-金属有机框架复合材料，其制备方法与实施例1的不同之处在于：
[0064]
所用离子液体为[c4mim][bf4]。
[0065]
实施例5
[0066]
一种离子液体-金属有机框架复合材料，其中与实施例1的不同之处在于：
[0067]
离子液体为[c4mim][ntf2]。
[0068]
上述实施例5所提供的离子液体-金属有机框架复合材料，其制备方法与实施例1的不同之处在于：
[0069]
所用离子液体为[c4mim][ntf2]。
[0070]
实施例6
[0071]
一种离子液体-金属有机框架复合材料，其中与实施例1的不同之处在于：
[0072]
离子液体为[tba][bf4]。
[0073]
上述实施例6所提供的离子液体-金属有机框架复合材料，其制备方法与实施例1的不同之处在于：
[0074]
所用离子液体为[tba][bf4]。
[0075]
实施例7
[0076]
一种离子液体-金属有机框架复合材料，其中与实施例1的不同之处在于：
[0077]
离子液体为[bpy][bf4]。
[0078]
上述实施例7所提供的离子液体-金属有机框架复合材料，其制备方法与实施例1的不同之处在于：
[0079]
所用离子液体为[bpy][bf4]。
[0080]
实施例8
[0081]
一种离子液体-金属有机框架复合材料，其中与实施例1的不同之处在于：
[0082]
离子液体为[nbmpy][bf4]。
[0083]
上述实施例8所提供的离子液体-金属有机框架复合材料，其制备方法与实施例1的不同之处在于：
[0084]
所用离子液体为[nbmpy][bf4]。
[0085]
实施例9
[0086]
一种离子液体-金属有机框架复合材料，其中与实施例3的不同之处在于：离子液体的负载量为30wt％。
[0087]
上述实施例9所提供的离子液体-金属有机框架复合材料，其制备方法与实施例4的不同之处在于：
[0088]
将200mg金属有机框架zif-8加入到5ml[c4mim][bf4]的丙酮溶液中，其中[c4mim][bf4]的浓度为12mg/ml。
[0089]
实施例10
[0090]
一种离子液体-金属有机框架复合材料，其中与实施例3的不同之处在于：离子液体的负载量为10wt％。
[0091]
上述实施例10所提供的离子液体-金属有机框架复合材料，其制备方法与实施例4的不同之处在于：
[0092]
将200mg金属有机框架zif-8加入到5ml[c4mim][bf4]的丙酮溶液中，其中[c4mim][bf4]的浓度为4mg/ml。
[0093]
实施例11
[0094]
一种纤维膜，纤维膜上负载了实施例4所制备的离子液体-金属有机框架复合材料，负载量为10wt％。
[0095]
上述实施例11所提供的纤维膜，其制备方法具体包括如下步骤：
[0096]
将0.03g离子液体-金属有机框架复合材料、0.27g聚丙烯腈(pan)与4.23g n,n-二甲基甲酰胺充分混合，得到静电纺丝液，通过静电纺丝工艺制备得到离子液体-金属有机框架复合材料为10wt％的纤维膜，在进行静电纺丝时施加18kv电压；纺丝液流速为1.0ml/h；纺丝金属针尖与接收转轴之间的距离为20cm。
[0097]
实施例12
[0098]
一种纤维膜，其中与实施例11的不同之处在于：离子液体-金属有机框架复合材料在纤维膜上的负载量为2wt％。
[0099]
上述实施例12所提供的纤维膜，其制备方法与实施例11的不同之处在于：
[0100]
离子液体-金属有机框架复合材料的添加量为0.0055g。
[0101]
实施例13
[0102]
一种纤维膜，其中与实施例11的不同之处在于：离子液体-金属有机框架复合材料在纤维膜上的负载量为50wt％。
[0103]
上述实施例13所提供的纤维膜，其制备方法与实施例11的不同之处在于：
[0104]
离子液体-金属有机框架复合材料的添加量为0.27g。
[0105]
实施例14
[0106]
一种纤维膜，其中与实施例11的不同之处在于：离子液体-金属有机框架复合材料在纤维膜上的负载量为5wt％。
[0107]
上述实施例14所提供的纤维膜，其制备方法与实施例11的不同之处在于：
[0108]
离子液体-金属有机框架复合材料的添加量为0.0142g。
[0109]
实施例15
[0110]
一种纤维膜，其中与实施例11的不同之处在于：离子液体-金属有机框架复合材料在纤维膜上的负载量为20wt％。
[0111]
上述实施例15所提供的纤维膜，其制备方法与实施例11的不同之处在于：
[0112]
离子液体-金属有机框架复合材料的添加量为0.0675g。
[0113]
对比例1
[0114]
一种离子液体-金属有机框架复合材料，其中与实施例1的不同之处在于：
[0115]
离子液体为[tma]cl。
[0116]
上述对比例1所提供的离子液体-金属有机框架复合材料，其制备方法与实施例1的不同之处在于：
[0117]
所用离子液体为[tma]cl。
[0118]
性能测试
[0119]
纤维膜制备：将0.03g实施例1～10和对比例1所提供的离子液体-金属有机框架复合材料、0.27g聚丙烯腈(pan)与4.23g n,n-二甲基甲酰胺充分混合，得到静电纺丝液，通过静电纺丝工艺制备得到离子液体-金属有机框架复合材料负载量为10wt％的纤维膜，在进行静电纺丝时施加18kv电压；纺丝液流速为1.0ml/h；纺丝金属针尖与接收转轴之间的距离为20cm。
[0120]
pm滤除性能测试：将负载了实施例1～10和对比例1所得离子液体-金属有机框架复合材料的纤维膜与实施例11～15所提供的纤维膜置于模拟pm有害污染的腔体管道中进行测试，焚香燃烧产生pm
0.5-1.0
、pm
0.3-0.5
、pm
2.5
和pm
10
四种pm颗粒物，其中保证pm
2.5
指数》500μg
·
m-3
和pm
10
指数》900μg
·
m-3
；将圆形直径为5cm的不同复合纤维膜材料夹在模拟管道上的两个法兰之间，前端连接模拟有pm有害污染的腔体，并放置一个电风扇以帮助气流通过，设置空气流速为1.0m/s；后端连接的腔体来收集滤除后的气体，两台pm检测器(purpleair pa-ii-sd air quality)放置在前后两个腔体中以检测pm质量浓度；在模拟管道上的两个法兰之间使用数字式差压表(smart sensor as8510)测试压降。
[0121]
pm滤除性能长程测试：采用实施例4所提供的离子液体-金属有机框架复合材料制备成纤维膜进行测试，测试操作与上述pm滤除性能测试的操作类似，区别在于，每隔4小时读取pm检测器示数，计算pm滤除性能，长程测试时间持续4天(96小时)。
[0122]
zeta电位测试：采用乙醇稀释实施例1～10和对比例1所得到的离子液体-金属有机框架复合材料并制成样品，放入zeta电位测试仪中进行测试。
[0123]
性能测试结果如下图1～9与表1所示：
[0124]
表1.实施例1～15和对比例1性能测试数据
[0125][0126][0127]
从表1中实施例1～8和对比例1的数据可以看出，本发明所提供的离子液体-金属有机框架复合材料均具有较高的zeta电位，这是由于本发明所采用的离子液体均具有更高的绝对静电位。采用绝对静电位更低的[tma]cl进行构建的离子液体-金属有机框架复合材料，则只有18.54mv的zeta电位。当zeta电位高达38mv以上时，本发明所提供的离子液体-金属有机框架复合材料在负载到纤维膜载体上后对pm
2.5
的滤除效率均能达到97％以上，对pm
10
的滤除效率也基本都能达到98％以上；其中当离子液体为[c4mim][bf4]时，纤维膜对pm
2.5
和pm
10
的滤除效率更高。与此同时，采用对比例1所提供的离子液体-金属有机框架复合材料进行静电纺丝得到的纤维膜，对pm
2.5
和pm
10
的滤除效率仅为90％左右。
[0128]
从实施例4、9～10的数据可以看出，当离子液体-金属有机框架复合材料中离子液体的负载量更高时，所得材料具有更高的zeta电位，由此得到的纤维膜也具有更优异的滤除性能。然而，当离子液体的负载量高于30wt％时，静电纺丝的成本过高，且zeta电位的提高程度不明显，因此本发明优选的离子液体负载量为5～30wt％，更优选10～25wt％。
[0129]
从实施例11～15的数据可以看出，当本发明通过静电纺丝工艺得到的纤维膜上离子液体-金属有机框架复合材料的负载量从2wt％提高到50wt％时，纤维膜对pm
2.5
和pm
10
的
滤除效率是不断提高的，但在负载量从10wt％提高到50wt％的过程中滤除效率提升程度不明显，且静电纺丝制备纤维膜的成本越来越高，因此本发明优选维膜上离子液体-金属有机框架复合材料的负载量为2～50wt％，更优选5～20wt％。
[0130]
图1为本发明实施例1～8中所选的il的化学结构式。
[0131]
图2为本发明实施例4和实施例9～10所制备的离子液体-金属有机框架复合材料的红外光谱图。通过对比纯zif-8和[c4mim][bf4]的红外光谱图中的特征振动吸收，可以看出本发明成功合成了离子液体-金属有机框架复合材料。
[0132]
图3和图4分别是负载了本发明实施例4所得离子液体-金属有机框架复合材料的纤维膜与纯pan纤维膜材料的扫描电子显微镜图。图3和图4对比说明负载了离子液体-金属有机框架复合材料后的纤维，直径会比未负载的纤维更大，因此空气中的pm在通过纤维膜时，惯性碰撞作用增强，布朗扩散作用也增强。同时，增大的纤维直径可以提供更多更细小的交叉间隙，通过直接拦截途径捕获pm，从而使整体过滤效率趋于提高。
[0133]
图5为负载了本发明实施例4所得离子液体-金属有机框架复合材料的纤维膜的氮气等温吸脱附曲线图，图6为负载了本发明实施例4所得离子液体-金属有机框架复合材料的纤维膜的孔径分布曲线。图5和图6的结果证明实施例4所得离子液体-金属有机框架复合材料的纤维膜具有较高的比表面积和存在微孔和介孔共存的多级孔结构，从而吸附能力强，具有优异的pm滤除潜力。
[0134]
图7为负载了本发明实施例4、实施例9～10所得离子液体-金属有机框架复合材料的纤维膜与纯pan膜、仅负载mof材料的pan膜对pm
10
和pm
2.5
的滤除性能和zeta电势。可见，所制备的离子液体负载量不同的纤维膜材料([c4mim][bf4]@zif-8-0.2/pan中的0.2表示负载量为离子液体负载量为20wt％，同理，[c4mim][bf4]@zif-8-0.3/pan中的0.3表示负载量为30wt％)，在pm滤除性能上都优异于纯pan纤维膜材料和仅负载了mof的zif-8/pan纤维膜，且滤除性能随着il的负载量增加而增强，这就证明il的嵌入利于增强离子液体-金属有机框架复合材料的zeta电位，进而增强pm滤除性能。其中，实施例4所制备的[c4mim][bf4]@zif-8-0.2/pan纤维膜对pm
10
的过滤效率为98.49％，对pm
2.5
的过滤效率为98.37％。
[0135]
图8为负载了本发明实施例1～8所提供的一系列离子液体-金属有机框架复合材料的纤维膜的pm滤除性能测试图和zeta电势。可见，所制备的一系列离子液体-金属有机框架复合材料的纤维膜对pm
10
和pm
2.5
的过滤效率均在97.4％以上，同时zeta电势都高于zif-8/pan纤维膜材料，证明il的嵌入显著提升了纤维膜的静电力，进而提高pm滤除性能。
[0136]
图9为负载了本发明实施例4所得离子液体-金属有机框架复合材料的纤维膜的pm滤除性能长程测试图。可见，96小时后，实施例4所制备的两层[c4mim][bf4]@zif-8-0.2/pan纤维膜仍能保持良好的pm滤除性能，对pm
2.5
的过滤效率为98.60％，与初始阶段的相比，pm
2.5
的过滤效率仅下降0.40％。其中，被滤除的pm颗粒被强静电力吸附附着在纤维膜上，导致纤维膜变成黄褐色，且随着长程滤除时间增长颜色加深，说明被拦截滤除的pm在纤维膜上积累。
[0137]
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求
的保护范围之内。

技术特征：
1.一种离子液体-金属有机框架复合材料，其特征在于，所述离子液体-金属有机框架复合材料的结构为离子液体嵌入到金属有机框架中，所述离子液体任意地选自[c4mim]cl、[c4mim][oac]、[c4mim][scn]、[c4mim][bf4]、[c4mim][ntf2]、[tba][bf4]、[bpy][bf4]、[nbmpy][bf4]中的一种或几种。2.如权利要求1所述离子液体-金属有机框架复合材料，其特征在于，所述离子液体为[c4mim][bf4]。3.如权利要求1所述离子液体-金属有机框架复合材料，其特征在于，所述离子液体-金属有机框架复合材料中离子液体的负载量为5～30wt％。4.如权利要求3所述离子液体-金属有机框架复合材料，其特征在于，所述离子液体-金属有机框架复合材料中离子液体的负载量为10～25wt％。5.一种权利要求1～4任一项所述离子液体-金属有机框架复合材料的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：将金属有机框架加入到离子液体溶液中充分浸渍，即可得到离子液体-金属有机框架复合材料。6.一种静电纺丝纤维膜，其特征在于，所述静电纺丝纤维膜上负载了权利要求1～4任一项所述离子液体-金属有机框架复合材料。7.如权利要求6所述静电纺丝纤维膜，其特征在于，所述静电纺丝纤维膜上离子液体-金属有机框架复合材料的负载量为2～50wt％。8.如权利要求7所述静电纺丝纤维膜，其特征在于，所述静电纺丝纤维膜上离子液体-金属有机框架复合材料的负载量为5～20wt％。9.一种权利要求6～8任一项所述静电纺丝纤维膜在空气净化方面的应用。10.如权利要求9所述静电纺丝纤维膜在空气净化方面的应用，其特征在于，所述静电纺丝纤维膜净化的空气中包含pm
0.5-1.0
、pm
0.3-0.5
、pm
2.5
和pm
10
四种颗粒污染物。

技术总结
本发明公开了一种离子液体-金属有机框架复合材料及其制备方法和应用，具体涉及空气净化膜材料技术领域。本发明所提供的离子液体-金属有机框架复合材料，通过MOF的表面电荷和/或极性官能团等的作用，以及具有高静电位的IL的强静电作用，实现了对空气中颗粒污染物(PM)的高效捕获；负载了本发明所提供的离子液体-金属有机框架复合材料的纤维膜，能够借助离子液体-金属有机框架复合材料的静电作用力以吸引、极化从而捕获空气中颗粒尺寸较小的污染物，因此对空气中PM


技术研发人员：李光琴 冼家慧
受保护的技术使用者：中山大学
技术研发日：2023.04.10
技术公布日：2023/8/14