第一章 绪论

它具有耐化学性，耐候性，耐日晒性等特点。能再室外放置18个月后还能保有其本来强度的百分之七十七。不过单一的聚丙烯腈纶纤维膜的耐磨性以及强度都不高。它一般都是用于复合材料的增强体，提高复合材料的耐候性和耐日晒性。

1.3 ZIF-8纳米复合材料的研究

目前开发研制具有特殊性能的新型纳米复合材料是具有很广阔的发展前景的。纳米材料由于自身具有独特的结构特征，以及表现出与常规材料不同的物化性能，使得它成为了科研的热点。而纳米复合材料作为它的一种延伸，同样备受关注。

由上述的论述可以得到ZIF-8材料与聚合纤维材料进行复合是存在可能性的。而且通过MOFs材料与PAN聚合纤维复合的研究结果表明得出的复合材料不但能集合了两组分的优良性能还弥补了两者的缺陷。而ZIF-8材料在气体的吸附上表现出良好的性能，但是它的机械强度弱，固体呈粉末状。而PAN具有强度大，稳定性强，耐日晒性好等特点。所以本文考虑到去使用ZIF-8材料和PAN纤维进行复合。这样可能就可以获得气体吸附能力强，机械强度好，稳定性和耐晒性强的复合材料。

1.4 静电纺丝

随着纳米技术的高速发展，纳米纤维技术已然成为一种纤维科学的前沿和热点。其中静电纺丝技术是唯一的一种能直接、连续制备纳米纤维的工艺方法且它的制备方法比较简单，所以它很有发展的潜力。静电纺丝也称为电纺，它能使高分子溶液或熔体带电，并且置于喷丝口和接收屏间的高压电场中。静电吸引力克服溶液或熔体的表面张力，进而使得纺丝液体成为一股带电的喷射流，在电场中运转。纺丝液体由于蒸发或者冷却而固化，就会形成纤维状物质，最后集聚在金属网状的接收屏上[9]。

正是由于它的易操作，和安全稳定，但同时，也是由于条件的限制。所以，这就是我们制作ZIF-8纳米复合膜的方法。如图1-1为静电纺丝机的简图。装置包括推进装置、高压电源及接收装置等三部分组成。

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广东石油化工学院毕业论文：制备ZIF-8/PAN复合材料及其气体吸附性能的研究

图1-1静电纺丝机简图

1.4.1 静电纺丝的影响因素

按照如今的研究对静电纺丝的影响主要有以下几个因素：（1）体系参数（b）过程参数。 （a） 体系参数

聚合溶液浓度较低时，就会出现串珠，并且随着浓度的增加，串珠的形状会由球状变为纺锥状，最后变为均勾一致的纤维。溶液的浓度越高，那么它的粘度就越大，表面张力也会越大，并且会在离开喷丝头后液滴分裂能力随表面张力增大就会变弱。因而，一般来说，在其它条件恒定下，随着浓度增加，纤维直径增大。但是，随着溶液浓度达到一个定值时，也就有可能因为粘度过大而造成了溶液无法流动[10，11]。

表面张力与溶剂的组成是密切相关的，它也是静电纺丝中至关重要的一个因素，不同组成溶剂也就会有不同的表面张力。通过减弱表面张力，就可以更好的得到不具有串珠的纤维。而且较大的表面张力，也会造成射流的不稳定而形成喷洒的液滴[12]。液滴、串珠、纤维的形成取决于表面张力的大小。而且，可以通过降低表面张力来降低纺丝所需要的电场强度。正因为表面张力与溶剂组成相关，所以当溶剂挥发的太快容易导致堵塞的现象，以至于阻碍纺丝的进行，同时会导致喷出来的纤维由于干燥的过快而没有完全细化，所以得到的纤维直径很大；而当溶剂挥发的太慢时，就会使得纤维在收集板上互相粘连在一起，形成串珠。所以溶剂的选择上，聚合物要完全溶解于溶剂中才可进行纺丝，并且溶剂的沸点也对纺丝过程有很大的影响，另外聚合物的分子量及其分布、溶液导电率、介电常数因素等对静电纺丝也有很大的影响。

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第一章 绪论

（b）纺丝工艺过程参数

纺丝工艺参数包括了电压、接收速度、接收距离等。在静电纺丝的过程中，纺丝电压只有达到定值，电场力才可以克服聚合物液滴的表面张力，聚合物溶液才能从泰勒锥喷出形成射流，然后在电场力进一步作用下形成纤维。通常，升高电压可以增加溶液中电荷的密度，大大加强了喷射流的牵引作用以及提高了溶剂的挥发速度，这是有利于纤维的细化，进而使纤维直径下降。临界电压的大小与串珠的形成数量有密切的联系，临界电压越大，则串珠的数量就越多。目前对于静电纺丝的电压研究还是存在一些分歧的，一个说法是说增加电压有利于劈裂细化纤维；但是另外一种说法却是说增加电压：会导致溶液的牵引作用增强，纤维直径变粗[11]。

接收距离是指喷嘴到接收板的距离，调节接收距离也是一种调节纤维红外直径的一种有效方法，但实际效果并不明显相比于别的因素。射流经喷嘴射出之后，溶剂在空气中快速挥发，但是溶质却会浓縮固化而成为纤维，然后被接收装置接收。

纺丝速度也是影响纤维直径的一个很重要的因素之一，流速一般是经过进料速率由进料泵（或喷头倾角）来控制，当流速小的时候，这时候是利于溶剂的挥发的，可是有可能就造成泰勒锥无法被维持。流速过太高时，纤维束就无法得到有效的拉伸，这就会造成珠状纤维的形成。总而言之，在射流到达接收装置这段距离，如果流速太快，溶剂还来不及挥发，溶剂也无法被拉伸，所以很容易在接收装置上形成珠状纤维。

1.5 课题的提出

通过不断加深对MOFs材料的了解和认识，可以了解到MOFs材料具有超大的比表面积、制备方法简单、孔隙度高、结构多样性、孔道大小可调节等优点。但由于它也存在机械强度弱以及水、热温定性的缺陷。所以，ZIFs系列材料作为突破被提出。这种材料弥补了MOFs材料的水、热稳定性的缺陷，但是它还是存在粉末呈粉末状，机械强度不够等缺陷。所以，复合的方法被提出来了。而且对于静电纺丝制得MOF/PAN复合材料的实验的理想结果表明，复合方法是很有应用前景的，而且通过静电纺丝制得纤维不但直径小、孔径小、纤维均一性好等优点。所以，本文提出猜想可以通过使用静电纺丝法进行ZIF-8/PAN材料进行复合。

最后，通过SEM,TG，N2以及CO2气体吸附-脱附实验曲线进行相关的表征，以分析ZIF-8/PAN复合材料的特征。

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第二章 实验部分

2.1 原料与仪器

2.1.1 原料

本实验的主要试剂如表2-1

表2-1 主要药品及生产厂家

名称

2-甲基咪唑

N，N-二甲基甲酰胺（DMF）

规格

分析纯（AR） 分析纯（AR）

广州化学试剂厂 广州化学试剂厂 自制

广州化学试剂厂

来源

六水合硝酸锌（ZnNO3?6(H2O) ） 分析纯（AR） 蒸馏水 甲醇

分析纯（AR）

2.1.2仪器设备

本实验需要的仪器如下表2-2

表2-2 主要的实验仪器

仪器

混合磁力搅拌器、搅拌子 电子分析天平

20ml一次性使用无菌加药器 真空干燥箱

ss系列静电纺丝设备 扫描电子显微镜（SEM） 台式高速冷冻离心机 气体吸附仪

型号 RC基本型 FA2004

DZF型系列 SS2535 JSM-6510LV TG20KR ASAP2020

厂家

广州仪科实验室技术有限公司 上海舜宇恒平科学仪器有限公司 浙江京环医疗用品有限公司 上海惊宏实验设备有限公司 北京永康乐业科技有限公司 日本电子公司（JEOL） 长沙东旺实验仪器有限公司

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