层层沉积法制备金属有机骨架负载多功能棉织物

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金属有机骨架配合物(MOF)是金属离子和有机配体通过配位键形成的多孔配位聚合物。多孔材料中最典型的分子筛在生活和工业生产中的应用价值非常重要,但是其在生产制备的过程中不仅耗能大,而且功能性受到一定的限制。相比之下,金属有机骨架化合物具有低密度,高比表面积等特点,此外,更重要的是通过改变金属离子的种类以及有机配体的结构和功能,可以对金属有机骨架化合物的结构进行剪裁,从而有效的对这类多孔材料的性质进行调控。因此作为新的研究领域,它在离子交换、气体存储、吸附和催化剂等方面有很大的应用前景。但是,目前MOF的合成通常需要很高的反应温度和很长的反应时间,并且为了它进一步的应用,合成出的粉末也需要进一步的加工处理。针对上述问题,本论文将MOF整理到棉织物上,从而赋予织物多功能性。本文以醋酸锌、对苯二甲酸、硬脂酸和硬脂酸钠为起始原料,以棉织物为载体,在一定的浸泡温度下,将棉织物分别在一定浓度的醋酸锌溶液和对苯二甲酸钠盐溶液中各浸泡一定时间,使金属有机骨架ZnBDC原位生成并负载到织物上,制备得到金属有机骨架ZnBDC负载织物Zn-BDC-Co。XRD分析表明,织物表面覆盖的白色粉末ZnBDC为MOF-5的一种新相,其特征峰随着反应条件的改变发生一定程度的增强或减弱。SEM分析表明,ZnBDC的纳米片层层堆积在织物表面形成包覆,随着反应条件的改变,Zn BDC在织物上的覆盖度相应发生变化。实验分别讨论了不同浸泡温度、时间、次数、比例、浓度和前处理条件对金属有机骨架ZnBDC负载织物Zn-BDC-Co表面上ZnBDC结构以及织物表面性能的影响。结果发现,整理织物的UPF值基本均为50+,并且随着浸泡温度的升高、浸泡时间、次数、浓度和比例的增加,ZnBDC在棉织物表面的覆盖度逐渐增加,且UPF值基本均为50+。使用不同浓度硬脂酸或硬脂酸钠进一步整理得到的织物S-Zn-BDC-Co具有超疏水性能,其接触角大于150o。这是因为具有疏水性的长链烷基与ZnBDC形成的粗糙表面之间的协同作用使织物具备了超疏水性能。分别测定了整理织物Zn-BDC-Co-8和S-Zn-BDC-Co洗涤前后的抗紫外性能和抗菌性。结果表明,洗涤前ZnBDC-Co-8和S-Zn-BDC-Co的UPF值为50+,对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率均大于99%;以AATCC 124-2009为标准,洗涤5次后,Zn-BDC-Co-8和S-Zn-BDC-Co的抗紫外性能和抗菌性能保持不变。由于棉织物的低表面积导致织物的BET表面积无法测定,因此采用普通棉布和Zn-BDC-Co-8浸泡罗丹明B进行表征。结果表明,普通棉布和Zn-BDC-Co-8均能够吸附罗丹明B而呈现红色,其中,二者的K/S值分别为0.12和0.62。吸附罗丹明B的普通棉布和Zn-BDC-Co-8在蒸馏水中浸泡30min后颜色变浅,其中,二者的K/S值分别为0.11和0.42。这说明织物Zn-BDC-Co-8中对罗丹明B起主要吸附作用的是表面负载的ZnBDC,这也进一步说明ZnBDC在整理到织物表面后仍然具有一定的多孔性。本论文在开放体系下通过层层沉积法得到了覆盖度均匀的、具有抗紫外性能和抗菌性能的多功能织物Zn-BDC-Co,以及具有抗紫外性能、抗菌性能和超疏水性能的多功能织物S-Zn-BDC-Co。织物上整理的金属有机骨架Zn BDC在赋予织物多功能性的同时,还保持了自己所特有的多孔性,可以进一步赋予织物更多潜在的功能和应用。同时,整理工艺简便,原料价格便宜且无毒无害,制备过程中仅以水作为溶剂,不会对环境造成污染。该整理方法为多功能织物的制备提供了新的思路,具有潜在的应用前景。
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