CN110384990A - 一种功能化纳米纤维三维网状柔性传感薄膜及其制备方法和应用 - Google Patents

一种功能化纳米纤维三维网状柔性传感薄膜及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了功能化纳米纤维三维网状柔性传感薄膜的制备方法，步骤如下：a通过静电纺丝高分子材料制备三维网络状骨架；b制备功能化溶液；c将功能化溶液均匀负载于网络状骨架表面，干燥即得所述三维网状柔性传感薄膜。所得功能化纳米纤维三维网状柔性传感薄膜接触甲醛、乙醇、丙酮、苯等有害气体显示可视的颜色变化，具有较低的检测限、高的选择性、过滤效率和透光率，且在无需外加条件下实现室温检测，绿色环保，在比色传感器件和PM 2.5空气净化领域具有极大应用前景。

Description

一种功能化纳米纤维三维网状柔性传感薄膜及其制备方法和 应用
技术领域
本发明属于无机、有机复合技术领域，具体涉及一种功能化纳米纤维三维网状柔性传感薄膜及其制备方法，以及所述传感薄膜在甲醛、乙醇、丙酮、苯、乙醛、甲醇、氨气、三乙胺等气体变色传感及空气中PM 2.5过滤中的应用。
背景技术
人如果长期接触甲醛、丙酮等挥发性有机有害气体，会严重影响健康，开发高效的检测挥发性有机有害气体传感器对我们来说仍然是一个重要的挑战。目前有效传感元件处理过程复杂、容易污染、而且成本高且缺乏可移植性，阻碍了传感元件的进一步发展。
为了克服这些缺点，Suslick等首先制备了比色传感器，因其有效性、简单、低成本和允许肉眼检测等优点而被广泛应用(Anal.Chem.,2015,87:7810-7816)。然而，目前检测有机有害气体的比色传感器经常使用高分子膜、透明胶带，甚至玻璃作为传感元件的固定平台，这将不可避免地导致反应相对较慢，灵敏度低。
除此之外，可吸入颗粒物对公众的健康也带来严重威胁，针对现在严重的雾霾天气，制备能够有效阻挡PM 2.5的高效过滤器势在必行。传统的过滤器有多孔膜过滤器，类似于水过滤器。通常有非常小的孔隙尺寸用来过滤除去大颗粒，这种类型过滤器的孔隙度很低(<30％)，虽然过滤效率高，但是压降大。另一种类型的空气过滤器是一种纤维空气过滤器，通过物理障碍和附着力相互结合捕捉PM 2.5。这种类型的过滤器由许多层从几微米到几十微米不同直径的纤维组成，孔隙率>70％。为了达到高的过滤效果，这种过滤器通常非常厚。第二种类型过滤器的不足是笨重，不透明，空气流量和过滤效率不能兼得，这些并不能满足高效过滤PM 2.5的要求。因此过滤效率高、光透过率高和空气流量大成为人们制造过滤器的前决条件。由于纳米材料独特的光学和结构特性，这诱发研究者极大的兴趣来构建空气过滤器。多层次网络状结构的纳米骨架可为负载活性材料提供相对大的比表面积和连续有效的传感通道，可以大大提高传感器的传感性能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，利用纳米材料网络结构为模板，通过高分子之间的相互作用，制备基于高分子纳米纤维薄膜的比色传感器。
为了制备高传感性能，室温下可实时监测的柔性气体传感器，提出本发明，本发明制备过程简单，成本大大降低。
本发明的目的之一是提供一种功能化纳米纤维三维网状柔性传感薄膜的制备方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
a.通过静电纺丝高分子材料制备三维网络状骨架；
b.制备功能化溶液；
c.将功能化溶液均匀负载于网络状骨架表面，干燥即得所述三维网状柔性传感薄膜。
其中，所述功能溶液为金属卟啉溶液、Pt(Me2bzimpy)Cl+的Cl-盐与氯仿的溶液、或铂的异腈化物溶液，
或者所述功能溶液为包括硫酸羟胺与另一种溶液的混合功能溶液，其中另一种溶液选自二甲基黄、变色酸、副品红、石蕊溶液、中性红、pH指示剂中的至少一种。
其中，所述金属卟啉优选自四苯基卟啉铜、四苯基卟啉锌中的至少一种，所述铂的异腈化物优选自[Pt(CN-cyclododecyl)4][Pt(CN)4](四氰合铂(II)酸四(腈基-环十二基)合铂(II))、[(phen)Pt(CN-cyclohexyl)2][Pt(CN)4](四腈合铂(II)酸二(腈基-环己基)邻菲罗啉合铂(II))、[Pt(CN-n-tetradecyl)4][Pt(CN)4])(四腈合铂(II)酸四(腈基-正十四烷基)合铂(II))中的至少一种。
所述功能化溶液浓度标准为通过选择遇到一定浓度气体所具有最明显的颜色变化的功能化溶液浓度。
所述功能化溶液的制备方法为本领域常用的溶液制备方法。
在本发明第一方面的优选实施方案中，其中步骤a中，
静电纺丝的时间为15min～90min，高压电的电压为15～20kV、注射器针尖与收集装置之间的距离为12～18cm、注射泵的输出速度调为0.1～0.5mL/h；
所述的高分子材料选择本领域常用的可静电纺丝的材料，优选为聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚环氧乙烷、聚乙烯醇缩丁醛、聚环氧乙烯中的至少一种；
所述高分子材料的浓度优选为10％～20％(质量分数)，更优选为10～15％。
步骤c中，所述负载方式优选为浸泡法或喷涂法。
本发明的目的之二是提供一种由所述的功能化纳米纤维三维网状柔性传感薄膜的制备方法得到的功能化纳米纤维三维网状柔性传感薄膜。
本发明的目的之三是提供所述的功能化纳米纤维三维网状柔性传感薄膜在气体检测中的应用，所述气体包括甲醛、乙醇、丙酮、苯、乙醛、甲醇、氨气、三乙胺等。
本发明的目的之四是提供所述的功能化纳米纤维三维网状柔性传感薄膜用于PM2.5过滤。
本发明的有益效果如下：
1、本发明通过静电纺丝高分子的方法制备的网络状结构新颖，纳米纤维网状结构增强了相互连接性和大表面积，性能优异。
2、本发明的制备方法工艺简单、能耗小、成本低廉，适合工业化生产。
3、本发明制备的高分子纳米纤维薄膜具有良好的柔性，可加工性强。
4、本发明的功能化纳米纤维三维网状柔性传感薄膜制备的比色传感器在有毒有害的挥发性有机气体环境中，随浓度增加显示了可视的颜色变化，且在室温条件下检测无需外加条件，绿色环保。
5、本发明制备的高分子纳米纤维薄膜可用于甲醛、乙醇、丙酮、苯等气体的室温检测，并展示了非常好的应用前景。
6、本发明制备的高分子纳米纤维薄膜可用于有效过滤PM 2.5，达到净化空气的效果。
附图说明
图1(a)-图1(c)是实施例1制得的不同电纺时间的聚丙烯腈纳米纤维薄膜的照片。
图2(a)和图2(b)为实施例1经过功能化溶液处理前后的聚丙烯腈纳米纤维薄膜中纳米纤维结构的SEM图。
图3是实施例1制得的传感薄膜室温下测试不同浓度甲醛的颜色变化。
图4是实施例1制得的传感薄膜在同样条件下暴露在不同挥发性有机物中的选择性测试。
图5(a)和图5(b)是实施例2制得的聚丙烯腈纳米纤维薄膜在过滤PM 2.5颗粒前后的SEM图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例用于更清晰解释本发明，但并不用于限定本发明。本申请实施例中聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚环氧乙烷均购于上海阿拉丁生化科技股份有限公司，其它所用原料均为市售。
实施例1：
1a：首先将1g的聚丙烯腈(PAN)溶解于7mL N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和3mL丙酮的混合液中，其中聚丙烯腈浓度为10％(质量分数)，磁力搅拌6-8个小时后成粘性透明状；注入注射器，将注射器放在推进器上固定。接受器是不同粗细的纱窗网，基底是铝箔。将高压电的正负极分别连接在注射器针头和铝箔上，形成电场。由此产生的电场可以把聚合物溶液通过注射器制备成纳米纤维。调节注射器针尖与收集装置之间的距离调为15cm，设置发射装置与收集装置之间的电压为20kV，注射泵的输出速度调为0.5mL/h，电纺15min、30min、1h得到纳米纤维薄膜包覆的网格纱窗(参见图1)。
从图1中可以看出随着电纺时间的延长，纱窗表面电纺得到的纤维密度变大，电纺得到的高分子网络纤维逐渐包裹住纱窗表面，经过紫外光谱测试，其光透射率分别为80％、60％、20％。
1b：将0.5g硫酸羟胺、0.01g二甲基黄溶解在7.5mL甘油和40mL甲醇混合溶液中，搅拌溶解成黄色。
1c：将1a制备的三维网络骨架剪成5厘米×5厘米大小，然后将其浸泡到1b制备的混合功能溶液中15秒，取出再浸入，如此反复三次。
1d：将浸泡过的薄膜取出，在真空干燥箱中干燥，即得到聚丙烯腈纳米纤维薄膜。
上述实施例中所制备的聚丙烯腈纳米纤维无序的排列在网格纱窗上(参见图2(a))，并且硫酸羟胺、二甲基黄功能溶液均匀的包裹在三维网络骨架的聚丙烯腈纳米纤维表面(图2(b))。
将本实施例1电纺30min制备的聚丙烯腈纳米纤维薄膜组装到气敏设备上用于甲醛气体检测。
性能检测：将制备的聚丙烯腈纳米纤维薄膜裁剪成4cm×4cm置于密封罩内(同气敏测试仪的密封罩，18L)。用微量注射器将计算好相应浓度的甲醛溶液量经过罩壁上的小孔注射入蒸发器上，加热蒸发器使甲醛蒸发，经过30min记录一下颜色，然后打开密封罩，拿出已变色的纤维薄膜，用风机除去罩内残留的甲醛。30min后，换用新的纤维薄膜继续注射入另一浓度的甲醛，重复以上操作，记录每次的颜色变化，如图3。
当比色传感器被暴露在甲醛环境中，因为发生以下化学反应生成硫酸导致颜色变化。
2HCHO+(NH2OH)2·H2SO4→2H2C＝NOH+H2SO4+2H2O
从图3中可以看出，当检测50ppb浓度甲醛时，有微小的颜色变化，随着浓度的增大，颜色越深，到2ppm时已经是红色了。根据化学反应原理，当甲醛浓度越高，产生的硫酸浓度也越高，pH越低，颜色变化越深。纳米纤维薄膜的检测浓度低至50ppb，比世界卫生组织规定的暴露极限80ppb要低，比以前所报道的比色传感器灵敏度更高。因为它提供了更大的表面积和反应活性位点，此外，这种功能的纳米纤维网状结构增强了相互连接性和更大的表面积，促进了气体快速运输到微孔过滤膜，这很可能极大的提高它的传感特性。
将本实施例制备的聚丙烯腈纳米纤维薄膜用于甲醛气体传感，通过颜色的变化实现对甲醛气体的实时监测，最低检测浓度低至50ppb，比世界卫生组织规定的暴露极限80ppb要低。对传感器的选择性进行研究，将传感器对各种挥发性有机化合物(如乙醇、DMF、丙酮、二氯甲烷、苯、和甲苯)等气体进行颜色响应，该传感器接触甲醛显示了可视的颜色变化(从黄色到红色)，但是当传感器暴露在其他挥发性有机化合物蒸汽中，原来的黄色并没有什么明显变化，显示出很好的选择性，如图4所示。
另外，烧香产生的烟气中包含45mg·g-1浓度的PM 2.5，并且还含有多种污染物气体，包括CO、CO2、NO2、SO2和挥发性有机化合物，如苯、甲苯、二甲苯、醛和多环芳烃。这种复杂的排出气模拟了包含许多成分的雾霾天气。用简易封闭模拟过滤器来研究纳米纤维薄膜纱窗的过滤性能。在带有小孔的一个室内产生PM 2.5，随即封闭小孔，静置30min，PM 2.5通过过滤薄膜进入另一个室内，待两个室内空气混合均匀时，用商业PM 2.5检测仪分别测出两个室内的PM 2.5值，同样做对比实验，没有过滤薄膜时两个室内混合均匀后PM 2.5的检测值。用下述公式来计算过滤薄膜的过滤效率。
除此之外，PM 2.5过滤结果表明PM 2.5的过滤效率可达84％，紫外光谱测试结果表明其透光率达到60％。
实施例2
2a：参见实施例1中1a步骤，制备聚丙烯腈纳米纤维的三维网络骨架。
2b：参见实施例1中1b步骤，其中二甲基黄换为变色酸，其他步骤相同，制备混合功能溶液。
2c：参见实施例1中1c。
2d：参见实施例1中1d，即得到聚丙烯腈纳米纤维薄膜。
上述实施例中所制备的聚丙烯腈纳米纤维无序的排列在网格纱窗上，并且硫酸羟胺、变色酸功能溶液均匀的包裹在三维网络骨架的聚丙烯腈纳米纤维表面。
将本实施例2制备的聚丙烯腈纳米纤维薄膜组装到气敏设备上用于甲醛气体检测。
性能检测：将制备的聚丙烯腈纳米纤维薄膜裁剪成4cm×4cm置于密封罩内(同气敏测试仪的密封罩，18L)。用微量注射器将计算好相应浓度的甲醛溶液量经过罩壁上的小孔注射入蒸发器上，加热蒸发器使甲醛蒸发，经过30min记录一下颜色，然后打开密封罩，拿出已变色的纤维薄膜，用风机除去罩内残留的甲醛。30min后，换用新的纤维薄膜继续注射入另一浓度的甲醛，重复以上操作，记录每次的颜色变化。当比色传感器被暴露在甲醛环境中，发生化学反应生成硫酸导致颜色变化。
将本实施例制备的聚丙烯腈纳米纤维薄膜用于甲醛气体传感，通过颜色的变化实现对甲醛气体的实时监测，最低检测浓度低至110ppb。对传感器的选择性进行研究，将传感器对各种挥发性有机化合物(如乙醇、DMF、丙酮、二氯甲烷、苯、和甲苯)等气体进行颜色响应，该传感器显示很好的选择性。
参照实例1中的试验方法计算聚丙烯腈纳米纤维薄膜对PM 2.5的过滤效果。PM2.5过滤结果表明PM 2.5的过滤效率为80％，紫外光谱测试结果表明其透光率为58％。
从图5中可以看出，过滤PM2.5后的PAN纳米纤维结构(图5(b))与过滤前的纳米纤维(图5(a))相比，可以明显的看出纤维的直径变大，这是因为表面吸附一层PM2.5小颗粒，从而使其纤维变粗。
实施例3：
3a：配置15wt％的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)乙醇溶液，参照实施例1中1a的方法，通过静电纺丝方法，电纺1h，制备得到聚乙烯吡咯烷酮三维网络骨架。
3b：将0.1g四苯基卟啉锌溶解在50mL氯仿溶液中，搅拌溶解制备功能溶液。
3c：将制备的三维网络骨架剪成5厘米×5厘米大小，然后将其浸泡到3b制备的混合功能溶液中15秒，取出再浸入，如此反复三次。
3d：将功能化的薄膜取出，在真空干燥箱中干燥，即得到聚乙烯吡咯烷酮纳米纤维薄膜。
上述实例中所制备的聚乙烯吡咯烷酮纳米纤维无序的排列在网格纱窗上，并且四苯基卟啉锌功能溶液均匀的包裹在三维网络骨架的聚乙烯吡咯烷酮纳米纤维表面。
将本实施例3制备的聚乙烯吡咯烷酮纳米纤维薄膜组装到气敏设备上用于乙醇气体检测。
性能检测：将制备的聚乙烯吡咯烷酮纳米纤维薄膜裁剪成4cm×4cm置于密封罩内(同气敏测试仪的密封罩，18L)。用微量注射器将计算好相应浓度的乙醇溶液量经过罩壁上的小孔注射入蒸发器上，加热蒸发器使乙醇蒸发，经过30min记录一下颜色，然后打开密封罩，拿出已变色的纤维薄膜，用风机除去罩内残留的乙醇。30min后，换用新的纤维薄膜继续注射入另一浓度的乙醇，重复以上操作，记录每次的颜色变化。当比色传感器被暴露在乙醇环境中，因为金属卟啉分子与特定的易挥发有机气体分子之间的作用力有很多种，不仅包含作用力较强的路易斯酸碱作用，由金属离子与电子组成的配位键的作用，还包含作用力较弱的氢键作用，电偶极矩间的作用，甚至范德华力。当气体与金属卟啉接触时，很短时间内金属卟啉分子便通过以上作用与气体分子结合，由于不同的气体分子与金属离子的键合力大小和张力是不同的，接触后金属卟啉表面的颜色变化也各不相同。
将本实施例制备的聚乙烯吡咯烷酮纳米纤维薄膜用于乙醇气体传感，通过颜色的变化实现对乙醇气体的实时监测，最低检测浓度低至88ppb。
参照实例1中的试验方法计算聚乙烯吡咯烷酮纤维薄膜对PM 2.5的过滤效果。PM2.5过滤结果表明PM 2.5的过滤效率为75％，紫外光谱测试结果表明其透光率为62％。
实施例4：
4a：参见实验例1中1a步骤，静电纺丝得到聚丙烯腈纳米纤维薄膜包覆的网格纱窗。
4b：参见实验例3中3b步骤，搅拌溶解制备功能溶液。
4c：参见实验例3中3c步骤，聚丙烯腈三维网络骨架负载功能溶液的方法改为喷涂法。
4d：参见实施例1中1d，即得到聚丙烯腈纳米纤维薄膜。
上述实施例中所制备的聚丙烯腈纳米纤维无序的排列在网格纱窗上，并且四苯基卟啉锌功能溶液均匀的包裹在三维网络骨架的聚丙烯腈纳米纤维表面。
将本实施例4制备的聚丙烯腈纳米纤维薄膜组装到气敏设备上用于苯气体检测。
性能检测：将制备的聚丙烯腈纳米纤维薄膜裁剪成4cm×4cm置于密封罩内(同气敏测试仪的密封罩，18L)。用微量注射器将计算好相应浓度的苯溶液量经过罩壁上的小孔注射入蒸发器上，加热蒸发器使苯蒸发，经过30min记录一下颜色，然后打开密封罩，拿出已变色的纤维薄膜，用风机除去罩内残留的苯。30min后，换用新的纤维薄膜继续注射入另一浓度的苯，重复以上操作，记录每次的颜色变化。当比色传感器被暴露在苯环境中，因为金属卟啉分子与特定的易挥发有机气体分子之间的作用力有很多种，不仅包含作用力较强的路易斯酸碱作用，由金属离子与电子组成的配位键的作用，还包含作用力较弱的氢键作用，电偶极矩间的作用，甚至范德华力。当气体与金属卟啉接触时，很短时间内金属卟啉分子便通过以上作用与气体分子结合，由于不同的气味分子与金属离子的键合力大小和张力是不同的，接触后金属卟啉表面的颜色变化也各不相同。
将本实施例制备的聚丙烯腈纳米纤维薄膜用于苯气体传感，通过颜色的变化实现对苯气体的实时监测，最低检测浓度低至93ppb。
参照实例1中的试验方法计算聚丙烯腈纳米纤维薄膜对PM 2.5的过滤效果。PM2.5过滤结果表明PM 2.5的过滤效率为78％，紫外光谱测试结果表明其透光率为67％。
实施例5：
5a：参见实施例3中3a步骤，配制12wt％的聚环氧乙烷(PEO)的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液，制备聚环氧乙烷(PEO)三维网络骨架。
5b：参见实验例3中3b步骤，搅拌溶解制备功能溶液。
5c：参见实验例3中3c步骤，聚环氧乙烷三维网络骨架负载功能溶液的方法改为喷涂法。
5d：参见实施例3中3d，即得到聚环氧乙烷纳米纤维薄膜。
上述实施例中所制备的聚环氧乙烷纳米纤维无序的排列在网格纱窗上，并且四苯基卟啉锌功能溶液均匀的包裹在三维网络骨架的聚环氧乙烷纳米纤维表面。
将本实施例5制备的聚环氧乙烷纳米纤维薄膜组装到气敏设备上用于丙酮气体检测。
性能检测：将制备的聚环氧乙烷纳米纤维薄膜裁剪成4cm×4cm置于密封罩内(同气敏测试仪的密封罩，18L)。用微量注射器将计算好相应浓度的丙酮溶液量经过罩壁上的小孔注射入蒸发器上，加热蒸发器使丙酮蒸发，经过30min记录一下颜色，然后打开密封罩，拿出已变色的纤维薄膜，用风机除去罩内残留的丙酮。30min后，换用新的纤维薄膜继续注射入另一浓度的丙酮，重复以上操作，记录每次的颜色变化。当比色传感器被暴露在丙酮环境中，因为金属卟啉分子与特定的易挥发有机气体分子之间的作用力有很多种，不仅包含作用力较强的路易斯酸碱作用，由金属离子与电子组成的配位键的作用，还包含作用力较弱的氢键作用，电偶极矩间的作用，甚至范德华力。当气体与金属卟啉接触时，很短时间内金属卟啉分子便通过以上作用与气体分子结合，由于不同的气味分子与金属离子的键合力大小和张力是不同的，接触后金属卟啉表面的颜色变化也各不相同。
将本实施例制备的聚环氧乙烷纳米纤维薄膜用于丙酮气体传感，通过颜色的变化实现对丙酮气体的实时监测，最低检测浓度低至85ppb。
参照实例1中的试验方法计算聚环氧乙烷纳米纤维薄膜对PM 2.5的过滤效果。PM2.5过滤结果表明PM 2.5的过滤效率为72％，紫外光谱测试结果表明其透光率为59％。
实施例6：
6a：配置15wt％的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)乙醇溶液，参照实施例1中1a的方法，通过静电纺丝方法，电纺1h制备三维网络骨架。
6b：参见实施例1中1b步骤，制备混合功能溶液。
6c：参见实施例1中1c步骤，将6b中制备的混合功能溶液喷涂在电纺得到的三维网络状骨架上。
6d：参见实施例1中1d步骤，得到聚乙烯吡咯烷酮纳米纤维薄膜。
上述实施例中所制备的聚乙烯吡咯烷酮纳米纤维无序的排列在网格纱窗上，并且硫酸羟胺、二甲基黄功能溶液均匀的包裹在三维网络骨架的聚乙烯吡咯烷酮纳米纤维表面。
将本实施例6制备的聚乙烯吡咯烷酮纳米纤维薄膜组装到气敏设备上用于甲醛气体检测。
性能检测：将制备的聚乙烯吡咯烷酮纳米纤维薄膜裁剪成4cm×4cm置于密封罩内(同气敏测试仪的密封罩，18L)。用微量注射器将计算好相应浓度的甲醛溶液量经过罩壁上的小孔注射入蒸发器上，加热蒸发器使甲醛蒸发，经过30min记录一下颜色，然后打开密封罩，拿出已变色的纤维薄膜，用风机除去罩内残留的甲醛。30min后，换用新的纤维薄膜继续注射入另一浓度的甲醛，重复以上操作，记录每次的颜色变化。
将本实施例制备的聚乙烯吡咯烷酮纳米纤维薄膜用于甲醛气体传感，通过颜色的变化实现对甲醛气体的实时监测，最低检测浓度低至75ppb。对传感器的选择性进行研究，将传感器对各种挥发性有机化合物(如乙醇、DMF、丙酮、二氯甲烷、苯、和甲苯)等气体进行颜色响应，该传感器显示较好的选择性。
参照实例1中的试验方法计算聚乙烯吡咯烷酮纳米纤维薄膜对PM 2.5的过滤效果。PM 2.5过滤结果表明PM 2.5的过滤效率为62％，紫外光谱测试结果表明其透光率为70％。
实施例7：
7a：参见实施例1中1a步骤，制备聚丙烯腈纳米纤维的三维网络骨架。
7b：参见实施例1中1b步骤，其中二甲基黄换为副品红，其他步骤相同，制备混合功能溶液。
7c：参见实施例1中1c。
7d：参见实施例1中1d。
上述实施例中所制备的聚丙烯腈纳米纤维无序的排列在网格纱窗上，并且硫酸羟胺、副品红功能溶液均匀的包裹在三维网络骨架的聚丙烯腈纳米纤维表面。
将本实施例7制备的聚丙烯腈纳米纤维薄膜组装到气敏设备上用于甲醛气体检测。
性能检测：将制备的聚丙烯腈纳米纤维薄膜裁剪成4cm×4cm置于密封罩内(同气敏测试仪的密封罩，18L)。用微量注射器将计算好相应浓度的甲醛溶液量经过罩壁上的小孔注射入蒸发器上，加热蒸发器使甲醛蒸发，经过30min记录一下颜色，然后打开密封罩，拿出已变色的纤维薄膜，用风机除去罩内残留的甲醛。30min后，换用新的纤维薄膜继续注射入另一浓度的甲醛，重复以上操作，记录每次的颜色变化。当比色传感器被暴露在甲醛环境中，因为发生化学反应生成硫酸导致颜色变化。
将本实施例制备的聚丙烯腈纳米纤维薄膜用于甲醛气体传感，通过颜色的变化实现对甲醛气体的实时监测，最低检测浓度低至130ppb。
参照实例1中的试验方法计算聚丙烯腈纳米纤维薄膜对PM 2.5的过滤效果。PM2.5过滤结果表明PM 2.5的过滤效率为75％，紫外光谱测试结果表明其透光率为65％。
实施例8：
8a：参见实施例1中1a步骤，制备聚丙烯腈纳米纤维的三维网络骨架。
8b：参见实施例1中1b步骤，其中二甲基黄换为pH指示剂，其他步骤相同，制备混合功能溶液。
8c：参见实施例1中1c。
8d：参见实施例1中1d，即得到聚丙烯腈纳米纤维薄膜。
上述实施例中所制备的聚丙烯腈纳米纤维无序的排列在网格纱窗上，并且硫酸羟胺、pH指示剂功能溶液均匀的包裹在三维网络骨架的聚丙烯腈纳米纤维表面。
将本实施例8制备的聚丙烯腈纳米纤维薄膜组装到气敏设备上用于甲醛气体检测。
性能检测：将制备的聚丙烯腈纳米纤维薄膜裁剪成4cm×4cm置于密封罩内(同气敏测试仪的密封罩，18L)。用微量注射器将计算好相应浓度的甲醛溶液量经过罩壁上的小孔注射入蒸发器上，加热蒸发器使甲醛蒸发，经过30min记录一下颜色，然后打开密封罩，拿出已变色的纤维薄膜，用风机除去罩内残留的甲醛。30min后，换用新的纤维薄膜继续注射入另一浓度的甲醛，重复以上操作，记录每次的颜色变化。当比色传感器被暴露在甲醛环境中，因为发生化学反应生成硫酸导致颜色变化。
将本实施例制备的聚丙烯腈纳米纤维薄膜用于甲醛气体传感，通过颜色的变化实现对甲醛气体的实时监测，最低检测浓度低至87ppb。
参照实例1中的试验方法计算聚丙烯腈纳米纤维薄膜对PM 2.5的过滤效果。PM2.5过滤结果表明PM 2.5的过滤效率为48％，紫外光谱测试结果表明其透光率为65％。

Claims (10)

1.一种功能化纳米纤维三维网状柔性传感薄膜的制备方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
a.通过静电纺丝高分子材料制备三维网络状骨架；
b.制备功能化溶液；
c.将功能化溶液均匀负载于网络状骨架表面，干燥即得所述三维网状柔性传感薄膜；
其中，所述功能溶液为金属卟啉溶液、Pt(Me2bzimpy)Cl+的Cl-盐与氯仿的溶液或铂的异腈化物溶液，或者为包括硫酸羟胺与另一种溶液的混合功能溶液，另一种溶液选自二甲基黄、变色酸、副品红、石蕊溶液、中性红、pH指示剂中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的传感薄膜的制备方法，其特征在于：
所述高分子材料为聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚环氧乙烷、聚乙烯醇缩丁醛、聚环氧乙烯中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的传感薄膜的制备方法，其特征在于：
所述高分子材料的浓度为10％～20％，优选为10％～15％。
4.根据权利要求1所述的传感薄膜的制备方法，其特征在于：
所述金属卟啉选自四苯基卟啉铜、四苯基卟啉锌中的至少一种，所述铂的异腈化物选自[Pt(CN-cyclododecyl)4][Pt(CN)4]、[(phen)Pt(CN-cyclohexy1)2][Pt(CN)4]、[Pt(CN-n-tetradecyl)4][Pt(CN)4])中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的传感薄膜的制备方法，其特征在于：
步骤a中，静电纺丝的时间为15min～90min，高压电的电压为15～20kV，注射器针尖与收集装置之间的距离为12～18cm，注射泵的输出速度为0.1～0.5mL/h。
6.根据权利要求1所述的传感薄膜的制备方法，其特征在于：
步骤c中，负载方式为浸泡法或喷涂法。
7.一种根据权利要求1～6之任一项所述的传感薄膜的制备方法得到的功能化纳米纤维三维网状柔性传感薄膜。
8.根据权利要求7所述的功能化纳米纤维三维网状柔性传感薄膜用于气体检测。
9.根据权利要求8所述的功能化纳米纤维三维网状柔性传感薄膜用于气体检测，其特征在于：
所述气体包括甲醛、乙醇、丙酮、苯、乙醛、甲醇、氨气、三乙胺。
10.根据权利要求7所述的功能化纳米纤维三维网状柔性传感薄膜用于PM2.5过滤。
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