学术论文

自组装法构筑锆基金属有机框架纤维复合材料及降解化学战剂模拟物研究

采用室温超分子组装技术，在TA-APTES改性的聚丙烯无纺布上负载UiO-66-NH₂晶体，制备了纤维复合材料UPTA。该材料对化学战剂模拟物DMNP的催化降解半衰期仅为17分钟，负载量达14.64 wt%。

作者：张诗雨、程云涛、胡伟静、江雷、杜杰毫、黄菁菁、顾绍金来源：纺织工程学报DOI：ISSN 2097-2911,CN 42-1935/TS

论文概要

本研究针对锆基金属有机框架（Zr-MOFs）粉末形态在实际防护应用中的局限，开发了一种室温超分子组装技术。通过在聚丙烯（PP）无纺布表面构建单宁酸-3-氨丙基三乙氧基硅烷（TA-APTES）功能涂层，以β-环糊精和十六烷基三甲基溴化铵为组装促进剂，实现UiO-66-NH₂晶体的高效负载。所得复合材料UPTA在催化降解神经毒剂模拟物DMNP时展现出优异性能，半衰期仅为17分钟。

知识结构

研究背景

  • Zr-MOFs（如UiO-66-NH₂）具有优异的吸附和催化性能，但粉末形态限制了实际应用。
  • 将MOFs整合到纤维基体中是关键挑战，现有方法包括原位合成和预合成复合，其中超分子组装可在温和条件下实现均匀负载。

实验方法

  1. 表面改性：通过溶液浸渍法在PP无纺布上构建TA-APTES涂层，引入活性羧基/羟基。
  2. MOF负载：将预合成的UiO-66-NH₂晶体与β-CD、CTAB在DMF中混合形成组装溶液，30 ℃下振荡24 h使MOF自组装到改性纤维表面。
  3. 表征手段：SEM、FTIR、XRD、XPS、ICP-OES。
  4. 性能测试：以DMNP为模拟物，通过紫外-可见光谱监测水解产物对硝基酚的生成。

主要发现与性能数据

  • 负载量：改性后复合材料（UPTA）的MOF负载量达14.64 wt%，而未经改性的直接吸附组（PU）仅为3.46 wt%。
  • 催化性能：UPTA对DMNP的降解半衰期为17 min，而纯UiO-66-NH₂粉末为5.4 min（活性MOF质量相当时性能接近）。PP@TA-APTES无催化活性。
  • 形貌与结构：SEM显示UPTA表面形成致密MOF覆盖层；FTIR和XRD证实MOF晶体结构完整保留。

形成机理

TA-APTES涂层上的羟基与β-CD通过氢键结合，CTAB作为桥联分子，其季铵基团与UiO-66-NH₂配体的氨基通过静电相互作用，实现MOF的定向组装。未经改性的PP纤维因缺乏活性官能团，负载效率低。

结论

室温超分子组装法成功制备了高负载量的Zr-MOF/PP纤维复合材料，其在降解化学战剂模拟物方面表现出快速催化活性，为开发可穿戴化学防护材料提供了新途径。

引用信息

  • 标题：自组装法构筑锆基金属有机框架纤维复合材料及降解化学战剂模拟物研究
  • 作者：张诗雨，程云涛，胡伟静，江雷，杜杰毫，黄菁菁，顾绍金
  • 期刊：纺织工程学报 (Journal of Advanced Textile Engineering)
  • DOI：10.20150/j.cnki.fzgcxb.2026.03.001
  • ISSN：2097-2911，CN 42-1935/TS
  • 网络首发时间：2026-06-12 17:06:20
  • 原文链接：https://link.cnki.net/urlid/42.1935.TS.20260612.1305.002

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