CN111468072A - 一种负载zif-8的无纺布复合材料在染料吸附处理中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种负载ZIF‑8的无纺布复合材料在染料吸附处理中的应用,所述无纺布复合材料包括高分子纤维基材和负载在所述纤维上的ZIF‑8多孔材料。本发明通过向普通无纺布材料中负载多孔材料ZIF‑8,能够在保持高效染料吸附处理能力的同时,解决了颗粒或粉末状纳米吸附剂难以回收的问题,该复合吸附剂材料制备简单,能够适用于工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及水污染处理技术领域,具体涉及一种负载多孔纳米吸附材料,尤其是ZIF-8的无纺布复合材料在染料吸附处理中的应用。
背景技术
随着全球工业化进程的加快,也推动着制造业蓬勃发展。我国作为全球纺织品重要生产加工地,长期出口大量纺织品和服装。然而纺织和服装业的快速发展,在推动印染行业快速发展的同时也造成水体污染,尤其是染料废水污染。
染料对于水体造成污染程度严重且难以处理,其成分复杂、色度深、质量浓度高且可生化性差。工业规模染料废水处理以化学絮凝法、电解法、膜分离法以及氧化法等作为主要手段。但都普遍存在着去除率低、能耗大、产生二次污泥等缺点,极大阻碍其长期应用和推广。吸附法作为一种去除生物降解性差的污染物的重要手段,其高效节能、操作方便以及可以循环利用。常用的活性炭即是一种典型的有机染料吸附剂,然而粉末或颗粒状的固体物理吸附剂在完成吸附处理后难以回收和分离,具有较差的再生性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种负载ZIF-8的无纺布复合材料在染料吸附处理中的应用,能够在保持高效染料吸附处理能力的同时解决颗粒或粉末状纳米吸附剂难以回收的问题。
为了解决上述技术问题,本发明提供了如下的技术方案:
本发明提供了一种负载ZIF-8的无纺布复合材料在染料吸附处理中的应用,所述无纺布复合材料包括高分子纤维基材和负载在所述纤维上的ZIF-8多孔材料。
ZIF-8是一种多孔纳米金属有机杂化材料,具有孔隙率高且比表面积大的特点,吸附能力强,且在一定pH范围的水溶液中都具有较好的稳定性;其制备简单能够工业规模大量生产,能够很好的应用于工业污水中的有机染料吸附处理。而无纺布制备成的基材同样具有很高的比表面积,不仅自身具有很强的吸附能力,而且能够负载更多的ZIF-8,同时也能够方便吸附剂的回收与分离。
本发明中的高分子纤维基材主要用于负载多孔纳米材料ZIF-8,方便吸附剂的回收和分离。其具体材质不限,优选为在水溶液中不会发生溶胀的材料,例如聚丙烯腈。
本发明中,所述染料的种类可为多种,包括但不限于亚甲基蓝有机染料。
进一步地,所述无纺布复合材料中,ZIF-8的负载量为20wt%-60wt%。更优选地为40wt~60wt%,进一步地优选为60wt%。
进一步地,所述无纺布复合材料的比表面积为467m2/g。
进一步地,所述ZIF-8是经如下步骤制备得到的:
将四水合硝酸锌溶解于有机醇溶剂中,向其中加入过量的2-甲基咪唑的醇溶液,搅拌均匀,室温下静置;接着离心,收集离心物,用有机溶剂洗净,真空干燥后得到所述ZIF-8。
进一步地,所述有机醇溶剂为甲醇或乙醇。
进一步地,所述无纺布复合材料是由聚丙烯腈与ZIF-8经静电纺丝的方法制备得到的。
进一步地,所述无纺布复合材料的制备方法,包括以下步骤:
将聚丙烯腈与ZIF-8分散于有机溶剂中,于50~80℃下搅拌得到均相的纺丝溶液;然后将纺丝溶液加入到注射器中进行静电纺丝,采用基底收集,即得到所述防霾口罩专用无纺布复合材料。
进一步地,于60℃下搅拌得到均相的纺丝溶液。
进一步地,所述纺丝溶液中,ZIF-8的量为20wt%-60wt%。
进一步地,所述静电纺丝的电压为18kV,静电纺丝溶液流速为1mL/h,静电纺丝喷丝头的直径为0.6mm,所述静电纺丝喷丝头距离基材的距离为15cm。
进一步地,所述基材的材料并不受限,可以是常见高分子或者是金属材料,优选为聚对苯二甲酸材料。
本发明的无纺布去复合材料的后处理方式简单,由于多孔纳米材料负载于无纺布基材,只需将无纺布复合材料从水相中取出,采取简单的操作即可分离且再次循环利用。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
本发明通过向普通无纺布材料中负载多孔材料ZIF-8,能够在保持高效染料吸附处理能力的同时,解决了颗粒或粉末状纳米吸附剂难以回收的问题,该复合吸附剂材料制备简单,能够适用于工业化生产。
附图说明
图1为负载ZIF-8的聚丙烯腈无纺布复合材料的电镜照片和粉末衍射测试结果;
图2为本发明实施例4制备的负载ZIF-8的聚丙烯腈无纺布复合材料对水中亚甲基蓝吸附处理曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明,以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施,但所举实施例不作为对本发明的限定。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明,均为常规方法,所用的材料、试剂等,如无特殊说明,均可从商业途径得到。
实施例1
将1.291g的四水合硝酸锌溶解在甲醇中,向其中加入过量的2-甲基咪唑的醇溶液。然后,搅拌混合溶液并将其在室温下静置24h。离心收集合成的粉末,并用有机溶剂洗净真空干燥,得到多孔材料ZIF-8。
实施例2
将40mg制备得到的ZIF-8粉末同120mg聚丙烯腈分散在有机溶剂中,将混合物在60℃下充分搅拌形成ZIF-8负载量为20wt%的均相溶液。所得静电纺丝液通过高压静电纺丝工艺在基底上纺织形成负载ZIF-8的聚丙烯腈无纺布复合材料。所述的静电纺丝电压为18kV,静电纺丝溶液流速为1mL/h,静电纺丝喷丝头的直径为0.6mm。无纺布基底尺寸为20×20cm。
实施例3
将制备得到的ZIF-8粉末同聚丙烯腈分散在有机溶剂中,将混合物在60℃下充分搅拌形成ZIF-8负载量为40wt%的均相溶液。所得静电纺丝液通过高压静电纺丝工艺在基底上纺织形成负载ZIF-8的聚丙烯腈无纺布复合材料。所述的静电纺丝电压为18kV,静电纺丝溶液流速为1mL/h,静电纺丝喷丝头的直径为0.6mm。无纺布基底尺寸为20×20cm。
实施例4
将制备得到的ZIF-8粉末同聚丙烯腈分散在有机溶剂中,将混合物在60℃下充分搅拌形成ZIF-8负载量为60wt%的均相溶液。所得静电纺丝液通过高压静电纺丝工艺在基底上纺织形成负载ZIF-8的聚丙烯腈无纺布复合材料。所述的静电纺丝电压为18kV,静电纺丝溶液流速为1mL/h,静电纺丝喷丝头的直径为0.6mm。无纺布基底尺寸为20×20cm。
吸附能力测试
负载ZIF-8的聚丙烯腈无纺布复合材料对水中亚甲基蓝染料的吸附性能测试在室温下完成。实验方法如下:将复合吸附剂添加到100mL的浓度为100mg L-1染料水溶液中,充分振荡溶液直至达到平衡。取出无纺布复合吸附剂,收集并使用UV-240紫外可见光谱仪分析剩余染料浓度。
结果表明:吸附处理时间达到2h时,负载ZIF-8的聚丙烯腈无纺布复合材料对于水中亚甲基蓝染料的吸附效率高达96.3%。
循环再生处理
吸附剂循环实验方法如下:
将取出的负载ZIF-8的聚丙烯腈无纺布复合材料置于适量氢氧化钠的水溶液中充分浸泡,取出用水洗涤,后置于真空干燥箱中干燥即可再次用于染料废水吸附处理。
综上所述,本发明通过向普通无纺布材料中负载多孔材料ZIF-8,能够在保持高效染料吸附处理能力的同时解决颗粒或粉末状纳米吸附剂难以回收的问题。并且该复合吸附剂材料制备简单,能够适用于工业化生产。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例,本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换,均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (10)
1.一种负载ZIF-8的无纺布复合材料在染料吸附处理中的应用,其特征在于,所述无纺布复合材料包括高分子纤维基材和负载在所述纤维上的ZIF-8多孔材料。
2.如权利要求1所述的一种负载ZIF-8的无纺布复合材料在染料吸附处理中的应用,其特征在于,所述高分子纤维基材为聚丙烯腈。
3.如权利要求1所述的一种负载ZIF-8的无纺布复合材料在染料吸附处理中的应用,其特征在于,所述染料为亚甲基蓝有机染料。
4.如权利要求1所述的一种负载ZIF-8的无纺布复合材料在染料吸附处理中的应用,其特征在于,所述无纺布复合材料中,ZIF-8的负载量为20wt%-60wt%。
5.如权利要求1所述的一种负载ZIF-8的无纺布复合材料在染料吸附处理中的应用,其特征在于,所述无纺布复合材料的比表面积为467m2/g。
6.如权利要求1所述的一种负载ZIF-8的无纺布复合材料在染料吸附处理中的应用,其特征在于,所述ZIF-8是经如下步骤制备得到的:
将四水合硝酸锌溶解于有机醇溶剂中,向其中加入过量的2-甲基咪唑的醇溶液,搅拌均匀,室温下静置;接着离心,收集离心物,用有机溶剂洗净,真空干燥后得到所述ZIF-8。
7.如权利要求1所述的一种负载ZIF-8的无纺布复合材料在染料吸附处理中的应用,其特征在于,所述无纺布复合材料是由聚丙烯腈与ZIF-8经静电纺丝的方法制备得到的。
8.根据权利要求7所述的一种负载ZIF-8的无纺布复合材料在染料吸附处理中的应用,其特征在于,所述无纺布复合材料的制备方法包括以下步骤:
将聚丙烯腈与ZIF-8分散于有机溶剂中,于50~80℃下搅拌得到均相的纺丝溶液;然后将纺丝溶液加入到注射器中进行静电纺丝,采用基底收集,即得到所述无纺布复合材料。
9.如权利要求8所述的一种负载ZIF-8的无纺布复合材料在染料吸附处理中的应用,其特征在于,所述纺丝溶液中,ZIF-8的量为20wt%-60wt%。
10.如权利要求8所述的一种负载ZIF-8的无纺布复合材料在染料吸附处理中的应用,其特征在于,所述静电纺丝的电压为18kV,静电纺丝溶液流速为1mL/h,静电纺丝喷丝头的直径为0.6mm,喷丝头距离基材的距离为15cm。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN115725103A (zh) * | 2022-08-30 | 2023-03-03 | 中山大学 | 一种zif-8膜及其制备方法和应用 |
CN115739021A (zh) * | 2022-11-25 | 2023-03-07 | 扬州工业职业技术学院 | 磷掺杂zif-8基多孔碳纤维吸附材料及其制备方法与应用 |
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CN105951304A (zh) * | 2016-06-24 | 2016-09-21 | 华南理工大学 | 一种zif-8/聚乙烯醇复合纳米纤维膜及其制备方法和应用 |
CN109577005A (zh) * | 2018-11-28 | 2019-04-05 | 吉林大学 | 一种聚多巴胺修饰的zif-8功能化纳米纤维膜的制备方法及其应用 |
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2020
- 2020-03-16 CN CN202010183083.8A patent/CN111468072A/zh active Pending
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