纳米Zn-MOFs/聚乳酸复合静电纺丝薄膜制备及性能文献综述

 2022-11-22 04:11

文 献 综 述

塑料制品的广泛使用推动人们生活方式向便利化发展,但不可降解塑料使用后随意丢弃已经造成严重的白色污染,白色污染不论是对生物群体还是人类个体都具有严重危害。近年来,随着人们环保意识的增强,可降解塑料的开发利用日益受到各界人士的重视。聚乳酸(PLA)作为一种新型可降解生物基材料,其聚合单体乳酸便宜易得、来源广泛,具有生产无污染、生物相容性好、可生物降解等优点,是替代不可降解塑料的一种理想环保材料。目前已被广泛应用于生物医药、包装材料等领域。[1] 聚乳酸材料除了具有可生物降解性,同时还具有良好的成膜性能和可加工性能。目前,工业生产上的含油废水量逐年增加,海洋石油泄露事故频发,开发出高效的油水分离膜已是迫在眉睫。相较于传统分离技术,膜分离技术具有制备方便,生产效率高,对环境友好等显著优势。静电纺丝法制备的聚乳酸薄膜具有孔隙率高,比表面积大等优点,是具有潜力的理想分离材料。[2]然而,聚乳酸存在耐热性、韧性较差、功能性不足等缺陷,聚乳酸薄膜又存在分离效率差、力学强度低等问题,这些缺点在一定程度上限制了聚乳酸材料的进一步应用。[3]因此,国内外学者都在设法通过共混、共聚等手段对聚乳酸材料进行改性,其中共混改性技术是最常用的改性手段。 [1]

1. 金属有机骨架材料MOFs

1.1. MOFs

金属有机骨架材料(Metal Organic Frameworks,MOFs)是通过无机金属离子或金属簇与含氧、氮多齿的有机配体之间的强配位作用形成的具有周期性多维网络结构的纳米多孔新型材料。相较于传统多孔材料如活性炭,MOFs具有更高的比表面积和孔隙率,比表面积可达6000 m2/g,孔隙率可达0.9 cm/g。在合成MOFs时可选择不同的多齿有机配体,从而实现可设计性、孔道尺寸可调节性,达到易功能化等目的。[4] MOFs材料因其具有活性金属中心、孔道可调、超高的比表面积和孔隙率、结构与功能多样性等特点,在吸附分离、污水处理、催化反应、传感、储能等领域展示出应用潜力。尤其在污水处理方面,MOFs因其具有活性金属中心和功能可调性等优点,可以进行针对性的功能改性,来适应不同吸附组分的需要。[5]

1.2. Zn-MOFs

ZIF-8是Zn-MOFs中的一种,是金属有机骨架材料最重要的主要成员之一。它是由Zn(NO3)2·6H2O与2-甲基咪唑的配位合成,其比表面积可高达1800 m2·g-1。ZIF-8具有孔隙率高、比表面积大、稳定性好、易活化、耐沸水和碱性水溶液等优点。[6] Zn2 阳离子和2-甲基咪唑阴离子配位过程中,部分溶剂小分子也会参与配位,从而补充Zn2+与有机配体配位完成后剩余的位点。通过加热等预处理可将小分子脱除,使金属活性位点裸露,达到活化的目的。[7]

2. 聚乳酸静电纺丝薄膜研究进展

2.1. 聚乳酸

聚乳酸(PLA)是一种具有良好生物相容性、生物可降解性的高分子合成材料。合成PLA的单体是乳酸,乳酸可以从多种经济环保的途径获得,最常见的乳酸来源是谷物发酵。聚乳酸使用后能被自然界中的微生物完全降解,产生CO2和H2O,对环境保护十分有利。PLA作为一种源于可再生植物资源又最终降解归于自然的环保材料,在现今注重可持续发展的大环境下,具有广阔的应用前景。[8]

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