CN105688533B - 一种空气过滤混合纤维网及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种空气过滤混合纤维网及其制备方法，该混合纤维网由PAN、PEI和DMF组成，其中PAN和PEI为粉末状，DMF为液体状，PAN与PEI的重量比为（1∶3）～（3∶1），PAN与PEI的总重量与DMF的重量比为1∶9；其制备方法为先将PAN、PEI和DMF混合制成纺丝原液，再将纺丝原液装入容量为5mL的注射器中，然后将注射器的针头接到高压电源的正极，高压电源的负极接到带有不锈钢网上，使得注射器的针尖和不锈钢网之间形成高压电场，此时纺丝原液在电场力的作用下发生定向流动，纺丝原液经针尖喷出，直接沉积在不锈钢网上即得。本发明的对空气中PM2.5的吸附率高，对甲醛的过滤效果好。
Description
技术领域
本发明属于空气过滤材料领域，尤其涉及一种空气过滤混合纤维网及其制备方法。
背景技术
大气中的颗粒物（particulate matters，PM）会影响环境的能见度，也易造成酸雨、影响气候变化以及危害人类的健康。直径小于2.5um的颗粒物（PM2.5）由于尺寸小能够轻易穿过人类的肺部，严重影响健康，已引起了人们的高度关注。世界卫生组织的一份调查报告也表明全世界至少有1100城市在遭受雾霾的污染，我国首都北京也已经面临非常严重的雾霾问题，而且是全世界十大最脏首都之一。PM2.5污染物颗粒的成分非常复杂，包含许多无机物颗粒，如SiO2、SO4 2-和 NO3 -等，也有一些有机物颗粒，如含碳有机物或碳元素。雾霾的监测和治理是一项十分棘手的问题，我们需要从源头上控制PM2.5颗粒的产生，产生雾霾的源头有：灰尘、交通废气、煤炭燃烧物、二级气溶胶、工业排放和生物体燃烧等。
为了能够减少PM2.5的污染，人们发明了许多方法，有的从源头上遏制、有的从传播过程中控制。雾霾天气里人们主要的防护方法就是户外的个人防护，如使用过滤口罩或面具等。在室内空间里，只有现代的商用建筑里才会在通风系统里装有过滤装置，或通过空气调控系统来过滤。因此，合成出制备工艺简单、生产成本低且能大规模生产及应用的空气过滤材料具有非常重要的意义。
发明内容
解决的技术问题：针对现有的空气过滤材料制备工艺复杂、成本高且不能大规模生产的缺点，本发明提供一种空气过滤混合纤维网及其制备方法，该混合纤维网空气过滤材料的制备方法简单便捷，成本低，并且适合大规模生产。
技术方案：一种空气过滤混合纤维网，该混合纤维网由PAN、PEI和DMF组成，其中PAN和PEI为粉末状，DMF为液体状，PAN与PEI的重量比为（1∶3）～（3∶1），PAN与PEI的总重量与DMF的重量比为1∶9。
上述所述的PAN与PEI的重量比为3∶2。
上述所述的一种空气过滤混合纤维网的制备方法该方法的步骤如下：
第一步：将PAN粉末溶于DMF溶剂中，接着加入PEI粉末，在室温下搅拌12h，形成纺丝原液；
第二步：将第一步的纺丝原液装入容量为5mL的注射器中，然后将注射器的针头接到高压电源的正极，高压电源的负极接到带有不锈钢网上，使得注射器的针尖和不锈钢网之间形成高压电场，此时纺丝原液在电场力的作用下发生定向流动，纺丝原液经针尖喷出，直接沉积在不锈钢网上，形成无序排列的纤维网，取下纤维网即得空气过滤混合纤维网。
上述所述的高压电源的电压为20kV。
上述所述的注射器的针尖到不锈钢网的距离为8cm。
有益效果：本发明提供的一种空气过滤混合纤维网及其制备方法，具有以下有益效果：
1.本发明的空气过滤混合纤维网对空气中PM2.5的吸附率高，对甲醛的过滤效果好，且能吸收VOC气体和烟雾；
2.本发明的制备方法简单，通过静电纺丝一步法即可得到，并且成本低，并且适合大规模生产。
附图说明
图1为对比例1制备得到的空气过滤纤维网以及实施例2、3、4制备得到的空气过滤混合纤维网在吸附PM2.5前后的扫描电镜图（SEM图）；其中图a、图e分别对应对比例1的空气过滤纤维网吸附前、后，图b、图f分别对应实施例2的空气过滤混合纤维网吸附前、后，图c、图g分别对应实施例3的空气过滤混合纤维网吸附前、后，图d、图h分别对应实施例4的空气过滤混合纤维网吸附前、后。
图2为实施例1制备得到的空气过滤混合纤维网在吸附PM2.5颗粒和甲醛前、后的傅里叶变换红外光谱图(FTIR图)。
图3为实施例1～4制备得到的空气过滤混合纤维网对PM2.5及甲醛的吸附过滤效率图。
具体实施方式
实施例1
一种空气过滤混合纤维网的制备方法该方法的步骤如下：
第一步：将PAN粉末溶于DMF溶剂中，接着加入PEI粉末，在室温下搅拌12h，形成纺丝原液，其中PAN与PEI的重量比为3∶2，PAN与PEI的总重量与DMF的重量比为1∶9；
第二步：将第一步的纺丝原液装入容量为5mL的注射器中，然后将注射器的针头接到电压为20kV的高压电源的正极，高压电源的负极接到带有不锈钢网上，使得注射器的针尖和不锈钢网之间形成高压电场，注射器的针尖到不锈钢网的距离为8cm，此时纺丝原液在电场力的作用下发生定向流动，纺丝原液经针尖喷出，直接沉积在不锈钢网上，形成无序排列的纤维网，取下纤维网即得空气过滤混合纤维网。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于第一步中PAN与PEI的重量比为3∶1，其他内容相同。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于第一步中PAN与PEI的重量比为1∶1，其他内容相同。
实施例4
实施例4与实施例1的区别在于第一步中PAN与PEI的重量比为1∶3，其他内容相同。
对比例1
一种空气过滤纤维网的制备方法该方法的步骤如下：
第一步：将PAN粉末溶于DMF溶剂中，在室温下搅拌12h，形成纺丝原液，其中PAN与DMF的重量比为1∶9；
第二步：将第一步的纺丝原液装入容量为5mL的注射器中，然后将注射器的针头接到电压为20kV的高压电源的正极，高压电源的负极接到带有不锈钢网上，使得注射器的针尖和不锈钢网之间形成高压电场，注射器的针尖到不锈钢网的距离为8cm，此时纺丝原液在电场力的作用下发生定向流动，纺丝原液经针尖喷出，直接沉积在不锈钢网上，形成无序排列的纤维网，取下纤维网即得空气过滤纤维网。
对实施例2～实施例4制备得到的空气过滤混合纤维网以及对比例1制备得到的空气过滤纤维网的吸附PM2.5的吸附效果进行检测，得到的SEM图如图1所示。从图中可以看出，在吸附前，纤维网均为光滑的细纤维，但吸附了PM2.5颗粒后，吸附颗粒物的数量明显不同，实施例2和3的空气过滤混合纤维网吸附的颗粒物较多，吸附率高。
用实施例1制备得到的空气过滤混合纤维网吸附PM2.5颗粒和甲醛，测得的吸附前后的FTIR图如图2所示。从图中可以看出，空气过滤混合纤维网中的C-H、C=O、C-O键发生了明显变化。由于PM2.5颗粒存在无机物颗粒和有机物基团，当空气过滤混合纤维网吸附了这些颗粒后，它们会包裹在纤维表面，从而导致材料的组分发生变化。
绘制实施例1～4制备得到的空气过滤混合纤维网对PM2.5及甲醛的吸附过滤效率图，如图3所示。从图中可以看出，当PAN与PEI的重量比为3∶2时，对PM2.5及甲醛的吸附过滤效率最好，对PM2.5的吸附率达到了96%，对甲醛的过滤率达到了56%。
Claims (4)
1.一种空气过滤混合纤维网，其特征在于该混合纤维网由PAN、PEI和DMF组成，其中PAN和PEI为粉末状，DMF为液体状，PAN与PEI的重量比为（1∶3）～（3∶1），PAN与PEI的总重量与DMF的重量比为1∶9；
所述空气过滤混合纤维网的制备方法，包括如下步骤：
第一步：将PAN粉末溶于DMF溶剂中，接着加入PEI粉末，在室温下搅拌12h，形成纺丝原液；
第二步：将第一步的纺丝原液装入容量为5mL的注射器中，然后将注射器的针头接到高压电源的正极，高压电源的负极接到带有不锈钢网上，使得注射器的针尖和不锈钢网之间形成高压电场，此时纺丝原液在电场力的作用下发生定向流动，纺丝原液经针尖喷出，直接沉积在不锈钢网上，形成无序排列的纤维网，取下纤维网即得空气过滤混合纤维网。
2.根据权利要求1所述的一种空气过滤混合纤维网，其特征在于：所述PAN与PEI的重量比为3∶2。
3.根据权利要求1所述的一种空气过滤混合纤维网，其特征在于：所述高压电源的电压为20kV。
4.根据权利要求1所述的一种空气过滤混合纤维网，其特征在于：所述注射器的针尖到不锈钢网的距离为8cm。
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