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一种基于柔性基底材料的新型过滤材料及在pm2.5过滤口罩中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于柔性基底材料的新型过滤材料，采用由纳米材料制成的微米结构材料作为过滤材料，具有基底附着力强，比表面大，吸附性能强等优点，对污染气体如甲醛以及重金属离子等具有良好的吸附或分解效果，适用于污染环境下的防护，水体中污染物的滤除。本发明的新型PM 2.5过滤口罩，该口罩为三明治结构，三明治结构的上下两层为普通织物层，中间层为本发明描述的新型过滤材料，其特点在于中间过滤层易于更换，从而达到提升过滤效果，降低口罩使用成本的目的。

Description

一种基于柔性基底材料的新型过滤材料及在PM2.5过滤口罩中的应用
技术领域：
本发明涉及一种新型过滤材料，尤其涉及PM2.5过滤口罩的滤芯材料
背景技术：
随着工业化的发展，环境及空气的污染也进一步加剧，如全国大面积的雾霾等已成为当前重大的社会问题，直接影响人体的健康。目前还没有切实可行的有效措施能够有效解决环境的污染问题。PM2.5的危害越来越大。很多情况下，普通人外出时可以佩戴口罩以防止或减少吸入这种颗粒物。市面上常见的PM2.5口罩的吸附材料主要以活性炭、过滤棉等为主，但是这些口罩都存在着诸PM2.5 吸附力不强、过滤效率较差，容易产生细菌、阻力大等不足、成本较高等缺点。
微纳米材料具有比表面积大，吸附活性高，对有机物具有降解功能等，因此是一种十分良好的吸附过滤材料。但是由于纳米材料的尺寸小，如将其应用与过滤材料，存在容易脱附，形成二次污染等因素，因此一直无法直接应用于防护产品的制备。
将微纳材料应用于防护产品中，发明一种净化效率更高，成本更低的过滤材料成为个人防护产品目前急需解决的问题。
发明内容：
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于柔性基底的新型过滤材料。该过滤材料主要由微纳米材料组成，由于微纳米材料具有比表面积大，吸附活性高，对有机物具有降解功能等，因此是一种十分良好的吸附过滤材料。但是由于纳米材料的尺寸小，如将其应用与过滤材料，存在容易脱附，形成二次污染等因素，因此一直无法直接应用于防护产品的制备。本发明在纳米材料的基础上，首先将小尺寸的纳米材料（5～200纳米）团簇组成大尺寸（3～200微米）微米结构材料，降低了纳米材料的流动性问题，使得该材料在柔性基底如纸张，无纺布等材料上的附着力大为增强；其次，我们采用微量的聚合物长链将微米结构材料进一步固定在柔性基底上，从而形成了具有高吸附过滤能力的新型过滤材料。
本发明所采用的技术方案是：
一种基于柔性基底材料的新型过滤材料，其特征在于：采用由纳米材料制成的微米结构材料作为过滤材料，所述的微米结构材料制备方法为：将钛酸四正丁酯加入到冰醋酸中，强力搅拌5分钟，然后放入反应釜150℃反应6小时，离心并用无水乙醇洗涤2次，即得到TiO2微纳米结构材料，所述的纳米材料的尺寸在5纳米到200纳米之间，所述的微米结构材料尺寸在3微米到200微米之间。
（1）所述的微纳米材料选自二氧化钛、氧化锌、氧化镍中的一种或多种。
（2）所述的纳材料为由有机物组成的微纳晶体结构。
（3）所述柔性基底选自纸张、无纺布及其他纤维材料中的一种。
（4）所述的基于柔性基底材料的新型过滤材料的在净化空气、污水处理上的应用。
（5）所述的基于柔性基底材料的新型过滤材料在PM 2.5过滤口罩中的应用。
将该类材料放置于具有夹层结构的口罩中，即可作为有效的PM 2.5过滤口罩中的滤芯。
一种新型PM 2.5过滤口罩，其特征在于：所述的口罩由上面层（1）、中间层（2）、下面层（3）三层结构组成，所述的上面层（1）和下面层（3）为普通织物层，所述的中间层（2）为具有微纳结构的过滤材料制成的滤芯层，所述滤芯可以更换。
本发明通过水热法，溶胶凝胶法等合成制备具有微纳结构的过滤材料，该微结构材料是由低维纳米结构组成的微米级材料，纳米组成部分尺寸在5纳米到200纳米之间，其组成的微米颗粒尺寸在3微米到200微米之间。微纳材料可以是二氧化钛（TiO2），氧化锌（ZnO），氧化镍（NiO）等无机金属氧化物，也可以是由有机物组成的微纳晶体结构。将该过滤材料混合如水、乙醇等溶液，加入少量含有有机长链的高分子材料，形成均匀的混合溶液。将该溶液均匀喷涂于柔性基底如纸张、无纺布等纤维材料表面，经过烘干后形成具有优良过滤效果的新型材料。将该类材料放置于具有夹层结构的口罩中，即可有效地过滤PM2.5。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1）本发明的采用由纳米材料制成的微米结构材料作为过滤材料，采用由低维纳米结构组成的微米结构作为污染物的过滤吸附剂，将该过滤吸附剂均匀分散在柔性基底材料中，形成的新型过滤材料。由于该材料为微结构，因此具有基底附着力强，比表面大，吸附性能强等优点，对污染气体如甲醛以及重金属离子等具有良好的吸附或分解效果，适用于污染环境下的防护，水体中污染物的滤除，特别是过滤PM2.5的效果好。
2）材料的制备工艺简单，成本低。
3）所有材料均为无污染的环保材料，生产和使用过程不会对人体及环境造成影响。
4）本发明的新型PM 2.5过滤口罩，中间过滤层可以更换，从而达到提升过滤效果，降低口罩使用成本的效果。
附图说明
图1为实施例1制得的TiO2多级结构微纳米材料的SEM照片；
图2为实施例1制得的附着有微纳米材料纸张的SEM照片。
从图2的SEM照片可以看到，微纳米材料可以很好的附着在纸纤维上，且较为致密。
图3 为夹层结构PM 2.5过滤口罩示意图。
具体实施方式
实施例1
一种基于柔性基底材料的新型过滤材料，通过下列方法制得：
（1）制备TiO2多级结构微纳米材料
将钛酸四正丁酯加入到冰醋酸中，强力搅拌5分钟，然后放入反应釜150℃反应6小时，离心并用无水乙醇洗涤2次。即得到TiO2微纳米结构材料。
（2）将步骤（1）制得的TiO2多级结构微纳米材料分散到乙醇或水溶液中，均匀喷涂到普通面巾纸张上，烘干或自然晾干，即得到TiO2新型过滤材料 。
实施例2
一种基于柔性基底材料的新型过滤材料，通过下列方法制得：
（1）制备ZnO多级结构微纳米材料：将乙酸锌加入到乙醇中，强力搅拌10分钟，然后放入反应釜200 ℃反应12小时，经离心，去离子水洗涤即得ZnO微纳米结构材料。
（2）将步骤（1）制得的ZnO多级结构微纳米材料分散到乙醇或水溶液中，均匀喷涂到无纺布上，烘干或自然晾干，即得到ZnO新型过滤材料。
实施例3
一种新型PM 2.5过滤口罩，由上面层1、中间层2、下面层3，三层结构组成，上面层1和下面层3为普通织物层，中间层2为新型过滤材料制成的滤芯层。
以普通香烟烟气为例，我们采用网上购买的手持型PM 2.5检测仪进行测试。该仪器显示最高值为650 μg/m3。所得结果如下：
① 在不加任何中间过滤物时，PM 2.5值为上限650 μg/m3
②加放普通纸张进行过滤，PM 2.5值为650 μg/m3
③加入TiO2微纳米材料处理过纸张进行过滤，PM 2.5值下降至140 μg/m3。

Claims (7)

1.一种基于柔性基底材料的新型过滤材料，其特征在于：采用由纳米材料制成的微米结构材料作为过滤材料，所述的微米结构材料制备方法为：将钛酸四正丁酯加入到冰醋酸中，强力搅拌5分钟，然后放入反应釜150℃反应6小时，离心并用无水乙醇洗涤2次，即得到TiO2微米结构材料，所述的纳米材料的尺寸在5纳米到200纳米之间，所述的微米结构材料尺寸在3微米到200微米之间。
2.根据权利要求1所述的基于柔性基底材料的新型过滤材料，其特征在于：
所述的纳材料选自二氧化钛、氧化锌、氧化镍中的一种或多种。
3. 根据权利要求1所述的基于柔性基底材料的新型过滤材料，其特征在于：
所述的纳材料为由有机物组成的微纳晶体结构。
4. 如权利要求1所述的基于柔性基底材料的新型过滤材料，其特征在于：所述柔性基底选自纸张、无纺布及其他纤维材料中的一种。
5. 如权利要求1-3任一项所述的基于柔性基底材料的新型过滤材料的在净化空气、污水处理上的应用。
6. 如权利要求1-3任一项所述的基于柔性基底材料的新型过滤材料在PM 2.5过滤口罩中的应用。
7. 一种新型PM 2.5过滤口罩，其特征在于：所述的口罩由上面层（1）、中间层（2）、下面层（3）三层结构组成，所述的上面层（1）和下面层（3）为普通织物层，所述的中间层（2）为权利要求所述的新型过滤材料制成的滤芯层，所述滤芯可以更换。
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