CN104524864B - 一种吸附净化pm2.5的材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种吸附净化PM2.5的材料的制备方法，包括步骤：1)将纸浆纤维加入到水中，并加入六偏磷酸钠，经搅拌分散后加入其他有机纤维，并充分搅拌均匀得到有机纤维混合悬浊液；2)取适量混合均匀的有机纤维混合悬浊液，用网格筛捞出有机纤维混合物，在其中加入蛋白石矿物粉体；3)搅拌均匀后将附着有蛋白石粉体的纤维捞出并抚平，在100℃～120℃烘干箱中脱水烘干。本发明制备了具有吸附功能的纤维过滤材料，对空气中微细、超微细颗粒具有很强的吸附去除功能，且透气性好，对PM2.5去除率可达88.5％。该方法生产成本低，操作工艺简单，易于工业化生产，能够满足雾霾天气条件下的吸附净化功能。

Description

一种吸附净化PM2.5的材料的制备方法
技术领域
本发明属于材料领域，具体涉及一种含有纤维的材料的制备方法。
背景技术
空气PM2.5是指空气中当量直径小于或等于2.5微米的颗粒物。将这类颗粒物去除是清洁空气的必要程序。
目前用于空气PM2.5净化的过滤材料，主要是多孔纤维，以丙纶、涤纶纤维无纺布为最好。其微观结构是以直径为50～100nm、长10～20μm纤维组成多孔的纤维薄膜。对空气中悬浮颗粒(包含PM2.5)的过滤净化主要是通过多层纤维进行阻隔，存在着过滤性能与透气性相矛盾的问题，且无法有效解决。即当能有效过滤微细、超微细颗粒(以PM2.5为例)时，所需纤维层厚且致密、组成的孔结构小，导致材料本身的透气性较差；而当透气性较好时，却无法过滤掉微细、超微细颗粒。如果在多孔纤维的某些结点上，担载一定量的多孔矿物(孔径为20～100nm)或多孔矿物纤维材料(纤维直径为0.1～1.5nm)作为吸附活性中心，就可实现对微细、超微细颗粒过滤同时产生吸附作用，这样既使较大的孔隙也能产生良好的净化作用，可有效解决过滤性能与透气性相矛盾的问题。这一设想的技术关键在于多孔矿物或矿物纤维材料颗粒与丙纶、涤纶纤维的有机结合，如能实现这一设想，将大大提高过滤材料对PM2.5净化吸附效能，对解决空气中PM2.5的污染具有重要意义。
发明内容
针对本技术领域的不足之处，本发明的目的是提出一种吸附净化PM2.5的材料的制备方法。
本发明的另一目的是提出所述制备方法制得的材料。
实现本发明上述目的技术方案为：
一种吸附净化PM2.5的材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将纸浆纤维加入到水中，并加入六偏磷酸钠，其中水与六偏磷酸钠的质量比为1000:(3～4)，经搅拌分散后成为均匀的纤维浆悬浊液，然后加入木纤维、涤纶纤维及丙纶纤维中的一种或多种，并充分搅拌均匀得到有机纤维混合悬浊液；
2)取出一定量步骤1)所制有机纤维混合悬浊液，用网格筛捞出有机纤维混合物，在其中加入蛋白石矿物粉体，并将有机纤维与蛋白石矿物粉体充分混合均匀；
3)搅拌均匀后将附着有蛋白石矿物粉体的纤维捞出并抚平，在100℃～120℃烘干箱中脱水烘干。
进一步地，所述步骤1)中，纸浆纤维、木纤维、丙纶纤维、涤纶纤维的质量比为：200：(0～100)：(0～9)：(0～7.5)。
其中木纤维可选长度为30～40mm木质纤维；涤纶纤维可选纤维长度为15～50mm的涤纶纤维。
优选地，所述步骤1)中，纸浆纤维、木纤维、丙纶纤维、涤纶纤维的质量比为：200：(60～100)：(0～9)：(0～7.5)。
更优选地，纸浆纤维、木纤维、丙纶纤维、涤纶纤维的质量比为：200：(60～100)：(4.5～9)：(0～7.5)。
其中，所述步骤1)中，所述丙纶纤维为3～20mm长的短纤维，所制备的有机纤维混合溶液的质量浓度为0.5～1％。
其中，所述步骤2)中，有机纤维干重与蛋白石矿物粉体的质量比为2.5：(1～5)。
其中，所述步骤2)中，蛋白石矿物粉体的比表面积为18～22m2/g。粉体粒度为5～10μm、平均孔径为22～25nm。本发明选用的蛋白石矿物粉体属轻质页岩，具有易粉碎、吸水性及吸附性好、多孔并具有絮状纤维结构，经过超细化后的蛋白石可以和有机纤维更好地共混。
其中，所述步骤3)中，烘干后的物料厚度为0.10～0.50mm。
其中，所述步骤3)之后还包括：取出步骤3)烘干的物料，将粘合膜附在样品的两面。
其中，所述粘合膜为涤纶粘合膜，孔径为1～5μm。
本发明所述的制备方法制得的材料。
本发明的有益效果在于：
本发明以蛋白石为多孔矿物纤维，与丙纶、涤纶纤维进行复合再加工，形成一定厚度的薄膜状复合过滤材料。制备成了具有吸附功能的纤维过滤材料，对空气中微细、超微细颗粒(以PM2.5为例)具有很强的去除功能，且透气性好。该方法生产成本低，操作工艺简单，易于工业化生产。
本发明采用有机纤维和无机多孔矿物纤维通过复合形成一定厚度(0.15mm～0.50mm)的薄膜状复合过滤材料。制备成了具有吸附功能的纤维过滤材料，对空气中微细、超微细颗粒(以PM2.5为例)具有很强的吸附去除功能，且透气性好，对PM2.5去除率可达88.5％。该方法生产成本低，操作工艺简单，易于工业化生产，能够满足雾霾天气条件下的吸附净化功能。
附图说明
图1实施例所用木纤维、蛋白石多孔粉体的扫描电镜图片。其中图1a为木纤维扫描电镜图像；图1b为蛋白石的扫描电镜照片(图1b内小图为蛋白石局部放大扫描电镜图)。
图2实施例1产物实物照片。
图3实施例2产物实物照片。
图4实施例3产物实物照片。
图5实施例4产物实物照片。
具体实施方式
下面通过最佳实施例来说明本发明。本领域技术人员所应知的是，实施例只用来说明本发明而不是用来限制本发明的范围。
实施例中，如无特别说明，所用手段均为本领域常规的手段。
蛋白石购自吉林省靖宇县，蛋白石的比表面积为20.2m2/g。粉体粒度为5～10μm，平均孔径尺寸24.5nm。其SEM照片见图1b。
实施例1：
1.取纸浆纤维20g加入到4L水中，并加入12g六偏磷酸钠，经搅拌后形成分散均匀的纤维浆悬浊液，加入6g木纤维(长度为30～40mm，黑龙江针叶林木质纤维)、0.75g涤纶纤维，并充分搅拌均匀。
2.取500ml上述悬浊液(经充分搅拌均匀后，纤维浓度一定，取一定量悬浊液时纤维量也就确定，即3.34g)，用网格筛筛取混合悬浊液中的有机纤维，加入6.7g蛋白石矿物粉体，并充分混合均匀。
3.搅拌均匀后将附着有蛋白石粉体的纤维捞出并抚平平铺，在120℃烘干箱中脱水烘干，烘干后产物厚度0.1mm。取出样品(样品照片见图2)，将粘合膜(涤纶粘合膜，孔径3um)附在样品的两面。
实施例2
1.取纸浆纤维20g加入到6L水中，并加入24g六偏磷酸钠，经搅拌后形成分散均匀的纤维浆悬浊液，加入10g木纤维、0.9g丙纶纤维(长度为5～20mm)，并充分搅拌均匀。
2.取1000ml上述悬浊液，用网格筛筛取混合悬浊液中的有机纤维(此时纤维干重为5.15g)，加入11g蛋白石粉体，并充分混合均匀。
3.搅拌均匀后将附着有蛋白石粉体纤维捞出并抚平，在100℃烘干箱中脱水烘干，烘干后产物厚度0.2mm。取出样品，将粘合膜(涤纶粘合膜，孔径3μm)附在样品的两面。
实施例3
1.取纸浆纤维15g加入到2L水中，并加入7g六偏磷酸钠，经搅拌后形成分散均匀的纤维浆悬浊液，加入0.45g丙纶纤维(长度为5～20mm)、0.3g涤纶纤维(长度为15～50mm)，并充分搅拌均匀。
2.取800ml上述悬浊液，此时纤维干重为6.3g，，用网格筛筛取混合悬浊液中的有机纤维，加入12.5g蛋白石粉体，并充分混合均匀。
3.搅拌均匀后将附着有蛋白石粉体纤维捞出并抚平，在100℃烘干箱中脱水烘干。取出样品，烘干后产物厚度0.3mm。将粘合膜(涤纶粘合膜，孔径3μm)附在样品的两面。
实施例4
1.取纸浆纤维20g加入到2.5L水中，并加入8g六偏磷酸钠，经搅拌后形成分散均匀的纤维浆悬浊液，加入0.8g丙纶纤维，并充分搅拌均匀。
2.取1500ml上述悬浊液，此时有机纤维干量为12.48g，用网格筛筛取混合悬浊液中的有机纤维，加入6g蛋白石粉体，并充分混合均匀。
3.搅拌均匀后将附着有蛋白石粉体纤维捞出并抚平，在110℃烘干箱中脱水烘干，烘干后产物厚度0.5mm。取出样品，将粘合膜(涤纶粘合膜，孔径3μm)附在样品的两面。
实验例
检测本发明实施例1-4所制材料的吸附PM2.5污染物的性能试验依据HJ618-2011。实验时间2014年11月。试验装置包括大气采样器(TH-150D2)、天平、恒温恒湿箱，检测时的环境温度5.6℃，环境湿度20-40％。
检测方法：在真实大气条件下，以100L/min流量进行连续抽气3小时，同时设有空白样采样器和装有本专利过滤材料后的采样器。空白样采样器中所收集到PM2.5颗粒重量，除以所通过的空气体积，即为真实大气中PM2.5的含量。装有本发明实施例过滤材料后所通过的大气，再经过采用器所收集到PM2.5的重量，除以所通过的空气体积，即为经2#、3#样品过滤后真实空气中PM2.5的含量。两项数据差值，除以未经本专利材料过滤真实大气中PM2.5的含量，即为本专利材料对大气中PM2.5的去除率。检测结果见表2。
表1空气中PM2.5含量与空气质量的关系
表2PM2.5净化材料对空气中PM2.5的净化效果
表1提供了国内和国际关于大气中PM2.5的标准。由检测结果可知，本申请提出的材料可有效去除PM2.5污染物，使空气质量达到二级或一级的水平。
以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种吸附净化PM2.5的材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将纸浆纤维加入到水中，并加入六偏磷酸钠，其中水与六偏磷酸钠的质量比为1000:(3～4)，经搅拌分散后成为均匀的纤维浆悬浊液，然后加入木纤维、涤纶纤维、丙纶纤维中的一种或多种，并充分搅拌均匀得到有机纤维混合悬浊液；
2)用网格筛从步骤1)所制有机纤维混合悬浊液中捞出有机纤维，在其中加入蛋白石矿物粉体，并将有机纤维与蛋白石矿物粉体充分混合均匀；
3)搅拌均匀后将附着有蛋白石矿物粉体的纤维捞出并抚平，在100℃～120℃烘干箱中脱水烘干。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，纸浆纤维、木纤维、丙纶纤维、涤纶纤维的质量比为200：(0～100)：(0～9)：(0～7.5)。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，纸浆纤维、木纤维、丙纶纤维、涤纶纤维的质量比为：200：(60～100)：(0～9)：(0～7.5)。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，所述丙纶纤维为3～20mm长的短纤维，所制备的有机纤维混合溶液的质量浓度为0.5～1％。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，有机纤维干重与蛋白石矿物粉体的质量比为2.5：(1～5)。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，蛋白石矿物粉体的比表面积为18～22m2/g，粉体粒度为5～10μm、平均孔径为22～25nm。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中，烘干后的物料厚度为0.10～0.50mm。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3)之后还包括：取出步骤3)烘干的物料，将粘合膜附在样品的两面。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述粘合膜为涤纶粘合膜，孔径为1～5μm。
10.权利要求1-9任一所述的制备方法制得的材料。
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