CN112755968A - 吸附截留水中微纳米塑料的MOFs纤维膜及其制备方法 - Google Patents

吸附截留水中微纳米塑料的MOFs纤维膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于MOFs纤维膜加工应用技术领域，尤其涉及一种吸附截留水中微纳米塑料的MOFs纤维膜及其制备方法。首先将纤维织物、次亚磷酸钠以及四羧酸置于去离子水中，搅拌1小时，再将纤维织物取出，30MPa轧压2次，100℃烘焙5min，去离子水清洗，干燥，得到改性后纤维织物；将改性后的纤维织物至于长链羧基有机配体和蛋白的混合溶液中30min，充分溶胀，溶胀状态下取出并置于硝酸锌溶液中，原位组装5min，取出置于烘箱中，60℃下处理2小时，降至室温，即可得到MOFs纤维膜。本发明利用纳米MOFs晶态颗粒在纤维素纤维溶胀孔洞中分布，制备的复合膜材料孔洞丰富，比表面积巨大，能够高效吸附和截留水中微纳米塑料。

Description

吸附截留水中微纳米塑料的MOFs纤维膜及其制备方法
技术领域
本发明属于MOFs纤维膜加工应用技术领域，尤其涉及一种吸附截留水中微纳米塑料的MOFs纤维膜及其制备方法。
背景技术
根据科学杂志统计：全球每年约800万吨塑料垃圾进入海洋，能收集处理的只有1％，剩下99％的塑料垃圾消失在水中，形成微塑料，甚至纳米塑料，正以肉眼不可见的方式影响着人类健康。淡水中也存在大量微纳米塑料，例如洗涤剂、衣物微纤维和日常护理品都会产生大量的微纳米塑料。
近年来科研人员发现，我国内陆水体普遍存在微塑料污染。微塑料继续被破坏、分解，形成大量纳米塑料，对人类的危害比微塑料更加严重。纳米塑料尺寸足够小，可以在各种生物的血流和细胞膜中蓄积，研究报道纳米塑料甚至可以穿透动物的血脑屏障，并引起各种毒性作用，包括神经损伤和生殖异常。
纳米塑料不仅本身是污染源，而且还可以作为其他污染物的载体，如病毒、细菌、有害离子和有毒化学物质等，纳米塑料及其携带物可被很多海洋生物摄取，在生态系统中迁移扩散，犹如一颗“定时炸弹”，对人类健康产生着巨大的威胁。
目前去除水中微纳米塑料的主要思路：一是将微塑料分解成更小尺寸的微纳米塑料颗粒，让微生物摄食，再富集固定；二是加混凝剂对水质强化混凝，使微纳米塑料颗粒结合成大块儿浑浊物，再过滤去除。如果能直接将水中微纳米塑料捕获，水净化过程将更加快速、简便、经济，并且能够避免二次污染，但目前相关研究还处于起步阶段，并面临着巨大的挑战，如何实现水中微纳米塑料的有效吸附和截留，将消失在水中99％的塑料垃圾捕获，是人类迫切需要解决的环境和健康问题，制备具有高效吸附和截留水中微纳米塑料的高性能材料对水净化至关重要。
发明内容
本发明针对上述的水中微纳米塑料所存在的技术问题，提出一种设计合理、方法简单且能够有效实现对微纳米塑料吸附的吸附截留水中微纳米塑料的MOFs纤维膜及其制备方法。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为，本发明提供一种吸附截留水中微纳米塑料的MOFs纤维膜及其制备方法，其特征在于，包括以下有效步骤：
a、首先将纤维织物、次亚磷酸钠以及四羧酸置于去离子水中，搅拌1小时，再将纤维织物取出，30MPa轧压2次，100℃烘焙5min，去离子水清洗，干燥，得到改性后纤维织物；
b、将改性后的纤维织物至于长链羧基有机配体和蛋白的混合溶液中30min，充分溶胀，溶胀状态下取出并置于硝酸锌溶液中，原位组装5min，取出置于烘箱中，60℃下处理2小时，降至室温，即可得到MOFs纤维膜。
作为优选，所述a步骤中，纤维织物材质为棉、木材、秸秆或芦苇中的一种或多种纤维编织而成。
作为优选，所述a步骤中，四羧酸为脂肪类四羧酸或芳香类四羧酸。
作为优选，所述a步骤中，四羧酸为丁烷四羧酸或芳香类四羧酸如均苯四甲酸、联苯四甲酸、联吡啶四甲酸或萘四甲酸。
作为优选，所述b步骤中，长链羧基有机配体为脂肪长链、芳香长链或杂化长链上带两个到三个羧基的有机配体。
作为优选，所述蛋白为丝素蛋白、羊毛蛋白、羊绒蛋白、牛血清蛋白、玉米蛋白或大豆蛋白中的一种。
作为优选，所述b步骤中，硝酸锌溶液中的金属离子长链羧基有机配体的摩尔比为1：1～5。
作为优选，所述蛋白的添加量为1～3mg/mL。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于，
1、本发明提供一种吸附截留水中微纳米塑料的MOFs纤维膜及其制备方法，利用纳米MOFs晶态颗粒在纤维素纤维溶胀孔洞中分布，制备的复合膜材料孔洞丰富，比表面积巨大，能够高效吸附和截留水中微纳米塑料。同时，柔性MOFs/纤维素纤维复合材料吸附微纳米塑料后，微观上柔性MOFs结构受到客体吸附的化学刺激，因框架具有柔性可发生变形，有利于缓解水对复合材料的冲击，提高使用寿命，通过吸附前后材料的变形程度，便于从理论上研究复合材料对微纳米塑料的吸附截留性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为未负载有MOFs纤维膜的溶胀的植物纤维的放大图；
图2为负载MOFs的溶胀纤维的放大图；
图3为不同MOFs负载量的吸附容量图；
图4为不同MOFs负载量的吸附效率图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。
实施例1，MOFs棉织物复合晶态膜材料
(1)首先将5cm2大小的棉织物、1g次亚磷酸钠和1g均苯四甲酸(可换为其他多种四羧酸)置于去离子水中，搅拌1小时，再将棉织物出来，30MPa轧压2次，100℃烘焙5min，去离子水清洗，干燥，得到均苯四甲酸修饰的棉织物；
(2)步骤(1)可重复2～5次；
(3)将均苯四甲酸改性的棉织物浸入丁烯二酸(可换为其他多种柔性长链羧酸配体)和牛血清蛋白(可换为其他多种蛋白)的混合溶液中30min，充分溶胀，溶胀状态下取出并置于硝酸锌溶液中，原位组装5min(此方法主要是蛋白诱导仿生矿化，方法可换为水热和溶剂热)，取出置于烘箱中，60℃下处理2小时，降至室温，制备得到MOFs棉织物复合晶态膜材料，硝酸锌和丁烯二酸的摩尔比为1：2，牛血清蛋白添加量为2mg/mL。
试验对比，图1为未经过处理的棉织物，可以清晰的看出其表面吸附的纳米塑料颗粒微乎其微，而图2为负载有MOFs的棉织物，可以明显的看出其上面吸附有大量的纳米塑料颗粒，而图3和图4，则提供了棉织物中，MOFs的最佳的负载量在20％左右，而随着时间的增加，其吸附效率最大可以达到80％。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种吸附截留水中微纳米塑料的MOFs纤维膜及其制备方法，其特征在于，包括以下有效步骤：
a、首先将纤维织物、次亚磷酸钠以及四羧酸置于去离子水中，搅拌1小时，再将纤维织物取出，30MPa轧压2次，100℃烘焙5min，去离子水清洗，
干燥，得到改性后纤维织物；
b、将改性后的纤维织物至于长链羧基有机配体和蛋白的混合溶液中30min，充分溶胀，溶胀状态下取出并置于硝酸锌溶液中，原位组装5min，
取出置于烘箱中，60℃下处理2小时，降至室温，即可得到MOFs纤维膜。
2.根据权利要求1所述的吸附截留水中微纳米塑料的MOFs纤维膜及其制备方法，其特征在于，所述a步骤中，纤维织物材质为棉、木材、秸秆或芦苇中的一种或多种纤维编织而成。
3.根据权利要求2所述的吸附截留水中微纳米塑料的MOFs纤维膜及其制备方法，其特征在于，所述a步骤中，四羧酸为脂肪类四羧酸或芳香类四羧酸。
4.根据权利要求3所述的吸附截留水中微纳米塑料的MOFs纤维膜及其制备方法，其特征在于，所述a步骤中，四羧酸为丁烷四羧酸或芳香类四羧酸如均苯四甲酸、联苯四甲酸、联吡啶四甲酸或萘四甲酸。
5.根据权利要求4所述的吸附截留水中微纳米塑料的MOFs纤维膜及其制备方法，其特征在于，所述b步骤中，长链羧基有机配体为脂肪长链、芳香长链或杂化长链上带两个到三个羧基的有机配体。
6.根据权利要求5所述的吸附截留水中微纳米塑料的MOFs纤维膜及其制备方法，其特征在于，所述蛋白为丝素蛋白、羊毛蛋白、羊绒蛋白、牛血清蛋白、玉米蛋白或大豆蛋白中的一种。
7.根据权利要求1或6所述的吸附截留水中微纳米塑料的MOFs纤维膜及其制备方法，其特征在于，所述b步骤中，硝酸锌溶液中的金属离子长链羧基有机配体的摩尔比为1：1～5。
8.根据权利要求7所述的吸附截留水中微纳米塑料的MOFs纤维膜及其制备方法，其特征在于，所述蛋白的添加量为1～3mg/mL。
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