MOF-808@PAN纳米纤维膜的制备及其降解芥子气模拟剂性能

化学战剂(chemicalwarfareagents)是化学武器的重要组成部分，具备毒性强、作用快、毒效持久等特点，专门用于战争中使敌人丧失行为能力、造成伤害或死亡。根据毒剂的不同作用机理，可将化学战剂分为糜烂性毒剂、神经性毒剂以及全身中毒性毒剂等。糜烂性毒剂中具有代表性的是芥子气(HD)，其对人类构成了重大威胁。芥子气（HD），即二氯乙基硫，是臭名昭著的化学战剂，因具有挥发性，有像芥末的味道而得名。在第一次世界大战中首次使用，目前在现代战争中仍然是使用最多的化学武器。当HD与人体皮肤接触时会产生令人疼痛的水泡，另外还会刺激人类的呼吸系统与眼睛，且在战后几十年对当地生态环境还有显著影响。科学界也日益关注着化学毒剂的降解，消除化学武器对人类的威胁。因此我们有必要研究可降解化学毒剂的稳定物质材料，提高我国对现有和未来毒剂，包括有毒工业物质在内的防护能力。目前，通用的去除化学战剂的方法有两种，分别为水解与氧化。这些方法都需要应用强吸附性能的材料。而新型材料MOFs拥有超强的吸附性能，其高比表面积、多活性吸附位点的特点使MOFs材料可以通过调节去增强对目标吸附物的吸附性能。故MOFs可以应用于去除战争中的化学气体，如：沙林（Sarin）、芥子气（HD）、乙基毒气（VX）等。由于MOFs一般呈粉末状，在实际使用中存在容易脱落、损失和回收困难等一系列问题，因此需要物质与之结合使其稳定。使用MOFs组装为复合材料已经是一种有效的方法，其中通过实现MOF与聚合物组分的共价集成，在MOF复合材料领域取得了显著的进展。目前将MOFs与织物结合的方法很多，如静电纺丝法、溶剂热原子层沉积法、活性表面织物法、和热压法。从实际应用的角度来看，开发具有高孔结构的自支撑柔性MOF纳米纤维膜(NFMs)是非常必要的。静电纺丝被广泛的作为一个有吸引力的技术来制造功能和先进NFMs，就是能与MOF粒子结合，形成可自支撑且灵活的MOF/NFMs。此外，MOF粒子的大小可以和静电纺丝纤维很好的结合在一起，进一步降低MOFs集聚的可能性，这有利于电纺和次生生长过程。采用静电纺丝和原位生长的方法可以增加均匀稳定的MOF载荷，从而增加MOFNFMs的比表面积。由大量的MOF纳米粒子和少量的聚合物组装而成的粗糙多孔纤维，聚合物含量极低即可提供自支撑的NFMs。超高的MOF负载NFM显示出巨大的潜力，值得注意的是，膜形式的MOF固体吸附剂很容易在溶剂中被激活，且不需要离心。活化可以暴露更多的配位不饱和金属位点和框架中不协调的-COO-基团，提高对处理物质的吸附性能。本文章通过静电纺丝法制备纳米纤维膜作为模板，进而通过水热/溶剂热反应制备具有高表面积的柔性自支撑纯MOF膜，并研究其化学战剂降解性能、循环次数等方面的应用。摘要：以ZrOCl2•8H2O、均苯三甲酸为原料，三氟乙酸为调节剂，水为溶剂无模板将MOF-808原位生长在聚丙烯腈（PAN）纳米纤维膜上，制得了MOF-808@PAN纳米纤维膜。采用SEM、XRD、FTIR、TG及氮气吸附-脱附对MOF-808@PAN纳米纤维膜结构进行了表征。结果表明，MOF-808@PAN纳米纤维膜的比表面积为441.5m2/g、孔体积为0.217cm3/g。5μL芥子气模拟剂2-氯乙基乙基硫醚（CEES）在40mgMOF-808@PAN纳米纤维膜上暴露20h，CEES的降解率可达83.7%。MOF-808@PAN纳米纤维膜使用3次后，CEES的降解率仍可达78.9%。结论通过静电纺丝技术成功合成了MOF-808@PAN纳米纤维膜，有效防止了MOF-808粉末团聚，克服了其不易回收的难题。MOF-808@PAN纳米纤维膜对CEES具有较好的降解效果，使用3次后，仍保持稳定的结构。MOF-808@PAN纳米纤维膜的最佳调节剂TFA含量为33.3%，反应温度100℃及反应时间为12h。5μLCEES在MOF-808@PAN纳米纤维膜（40mg）上暴露20h后，CEES的降解率可达到83.7%。推测了可能的降解机理：CEES分子通过S、Cl原子与复合材料上O基团产生氢键，而被吸附到MOF-808@PAN纳米纤维膜