CN106582148A - 一种电纺复合微纳米纤维空气过滤膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电纺复合微纳米纤维空气过滤膜及其制备方法。所述空气过滤膜由静电纺丝法制得，空气过滤膜的复合微纳米纤维由纳米银颗粒、浒苔活性炭/二氧化钛复合颗粒和不溶于水的高分子聚合物构成，其中，浒苔活性炭/二氧化钛复合颗粒由电纺TiO2/高分子聚合物/浒苔纳米颗粒(浒苔纳米干粉)复合纳米纤维膜经高温热处理、酸洗、粉碎制得。该空气过滤膜制备方法简单，性能优越，能够在阻隔、过滤粉尘污染物的同时，有效吸附分解甲醛等有害物质，同时还能起到较好的抗菌作用，起到较好的综合防护效果。

Description

一种电纺复合微纳米纤维空气过滤膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种电纺复合微纳米纤维空气过滤膜及其制备方法。
背景技术
空气污染是大气中污染物浓度达到有害程度，超过了环境质量标准和破坏生态系统和人类正常生活条件，对人和物造成危害的现象。随着现代工业和交通运输的发展，向大气中持续排放的物质数量越来越多，种类越来越复杂，引起大气成分发生急剧的变化，空气污染形式越来越严峻。然而，除了由工业化进程造成的大气污染外，装修造成的室内空气污染也不容忽视，在室内空气中存在500多种挥发性物质，其中致癌物质就有20多种，致病病毒200多种。危害较大的主要有：甲醛、苯、氨以及三氯乙烯等，室内空气污染主要来源于装修污染中，其原因是在建筑选用的建材中含有害物质，并且严重超标。新居装修中，苯、甲醛、氨、氡、总挥发性有机物等有害物是常见污染物，主要源于各种涂料、胶粘剂、人造地板、壁纸、地砖、油漆等装饰、装修材料。根据中国疾病预防控制中心统计，近年来因装修污染而引发的肺癌、白血病、不孕、胎儿畸形、皮肤癌、鼻癌、咽喉癌等病症屡见不鲜。而且，儿童比成年人更容易受到室内空气污染的危害。如主要污染物甲醛是一种无色易溶的刺激性气体，刨花板、密度板、胶合板等人造板材、胶粘剂和墙纸是空气中甲醛的主要来源，释放期长达3～15年，可经呼吸道吸收，甲醛对人体的危害具长期性、潜伏性、隐蔽性的特点，长期吸入甲醛可引发鼻咽癌、喉头癌等严重疾病。大量触目惊心的事实证实，室内空气污染已成为危害人类健康的“隐形杀手”，也成为全世界各国共同关注的问题。同时，受污染的空气中还会滋生许多致病菌，同样危害人们的身体健康。
面对如此严峻的空气污染形式，为了减轻空气污染对人们的伤害，从根源上治理固然是重中之重，日常防护也是不容忽视的环节。空气过滤膜作为一种过滤材料，可以应用在口罩或空气净化器的器具上，起到过滤净化空气的作用，然而，传统的空气过滤膜结构和材料组成单一，只能通过其网状材料过滤部分固体粉尘类污染物，而对甲醛等室内空气污染物和空气中分别的致病菌基本没有作用，因此无法起到理想的防护效果。也有部分产品将活性炭材料与过滤材料结合，以期起到去除甲醛、苯等污染物的效果，但是，活性炭颗粒只能吸附空气中的污染物，并不能对污染物进行处理，不能分解甲醛等有害物质，一般使用一段时间后其吸附能力会明显减弱，且目前使用常规方法制得的活性炭材料虽然具有较大的孔隙率，但其孔隙过大，吸附能力非常有限，在去除甲醛等有害物质方面作用甚微，且活性炭本身不具备抗菌效果，单纯的将现有的活性炭材料与过滤材料结合在应当空气污染，尤其是室内空气污染方面，仍然不能起到理想的防护效果。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种电纺复合微纳米纤维空气过滤膜及其制备方法。该空气过滤膜制备方法简单，性能优越，能够在阻隔、过滤粉尘污染物的同时，有效吸附分解甲醛等有害物质，同时还能起到较好的抗菌作用，起到较好的综合防护效果。
为了实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
一种电纺复合微纳米纤维空气过滤膜，所述空气过滤膜由静电纺丝法制得，空气过滤膜的复合微纳米纤维由纳米银颗粒、浒苔活性炭/二氧化钛复合颗粒和不溶于水的高分子聚合物构成，所述的浒苔活性炭/二氧化钛复合颗粒由以下方法制得：
(1)制备浒苔纳米干粉：浒苔鲜品清洗去除沙粒等杂质，经自然风干或冷冻干燥得干品，所得干品超微粉碎至微米粉末后置于球磨罐中进行高能球磨后烘干得浒苔纳米干粉；
(2)配制纺丝前驱液Ⅰ：配制含有钛酸正丁酯、步骤(1)中所得的浒苔纳米干粉、无水乙醇、溶于乙醇的高分子聚合物、有机酸的均匀悬浊液作为纺丝前驱液Ⅰ；
(3)电纺预备纤维膜：步骤(2)所得的纺丝前驱液Ⅰ加入静电纺丝装置的储液机构中，纺丝喷头连接高压电源正极，收集极连接高压电源负极，调节纺丝电压和纺丝距离进行静电纺丝，纺丝前驱液Ⅰ在电场力的作用下在收集极上形成纤维膜即为预备纤维膜；
(4)高温热处理：步骤(3)中所得的预备纤膜在缺氧或无氧环境下经高温热处理使浒苔纳米干粉碳化得活性炭，该过程同时去除了预备纤维膜中的高分子聚合物和残余溶剂，得浒苔活性炭/二氧化钛复合纳米纤维膜。
(5)酸洗除杂：在温度为60℃的恒温下将步骤(4)所得的样品经摩尔浓度5mol/L的盐酸浸泡10小时以除去杂质，将样品从酸液中取出，再将其浸泡于去离子水中每隔2小时更换一次浸泡样品的去离子水，并测试浸泡过样品的去离子水的ph值，至浸泡过样品的去离子水为中性时，将样品取出置于60℃烘箱中烘干；
(6)粉碎颗粒：将步骤(5)所得的干燥样品经超微粉碎至2000目粉末制得浒苔活性炭/二氧化钛复合颗粒。
本发明的空气过滤膜复合了纳米银颗粒和浒苔活性炭/二氧化钛复合颗粒，其中，浒苔活性炭/二氧化钛复合颗粒由电纺TiO2/高分子聚合物/浒苔纳米颗粒(浒苔纳米干粉)复合纳米纤维膜经高温热处理、酸洗、粉碎制得。这种复合颗粒的制备方法较简单，性能优越，且充分利用了近海浒苔资源，变废为宝。由含有钛酸正丁酯、浒苔纳米干粉、无水乙醇、溶于乙醇的高分子聚合物、有机酸的纺丝前驱液静电纺丝法制得的预备纤维膜为TiO2/高分子聚合物/浒苔纳米颗粒(浒苔纳米干粉)复合纳米纤维构成的纤维膜，其中浒苔纳米颗粒均匀嵌于TiO2/高分子聚合物复合纳米纤维中，所得的预备纤膜在缺氧或无氧条件下经高温热处理，使浒苔纳米颗粒碳化成多孔的活性炭纳米颗粒，热处理过程同时去除了预备纤维膜中的高分子聚合物和残余溶剂，得到均匀嵌有浒苔活性炭纳米颗粒的多晶二氧化钛/浒苔活性炭纳米纤维膜，所得纤维膜经酸洗除去杂质后超微粉碎得到浒苔活性炭/二氧化钛复合颗粒，二氧化钛是一种光催化剂，在光照条件下，二氧化钛表面能够激发产生电子和空穴，催化空气污染物(如甲醛)反应生成二氧化碳和水，其与浒苔活性炭复合能够有效分解活性炭吸附的空气污染物，将二氧化钛与浒苔活性碳复合制得的复合纳米纤维膜材料，结合了二氧化钛和浒苔活性炭的优势性能，能够高效吸附分解甲醛等有害物质，同时，这种复合颗粒具有微纳米材料比表面积大的结构特点可与空气污染物充分接触，提高吸附分解效率，更好的净化空气。与二氧化钛复合的浒苔活性炭颗粒是由浒苔纳米颗粒碳化得到纳米尺寸的活性炭颗粒，活性炭材料的吸附能力因为其孔隙具有吸附势，是靠碳分子与被吸附分子的引力而形成的，孔径越小，吸附势越强，活性炭材料的吸附能力就越强，因此相较于普通方法制得的浒苔活性炭，这种纳米级别的活性炭颗粒的孔隙更小，具有更强的吸附能力，可有效增强复合材料吸附分解空气污染物等有害物质的效果。而浒苔活性炭/二氧化钛复合颗粒与纳米银颗粒的复合，有效弥补了浒苔活性炭/二氧化钛复合颗粒在抗菌抑菌方面的不足，采用静电纺丝法直接制得由纳米银颗粒、浒苔活性炭/二氧化钛复合颗粒和不溶于水的高分子聚合物复合而成的微纳米纤维空气过滤膜，具有微纳米纤维网状结构，具有微纳米级别的孔隙，且孔隙率较大，能够很好的阻隔空气中的微小粉尘，且具有电纺微纳米纤维膜的比表面积大的特点，可充分有空气接触，更好的发挥纳米银颗粒、浒苔活性炭/二氧化钛复合颗粒抗菌作用和吸附分解甲醛等有害物质的作用，使其取得更好的作用效果，相较于单纯的无机二氧化钛/活性炭复合材料，空气过滤膜中所含的不溶于水的高分子聚合物也使得该过滤网具有更好的柔韧性，可随意弯折，能够更好的适应应用需求。
优选的，构成所述空气过滤膜的复合微纳米纤维的不溶于水的高分子聚合物为聚偏氟乙烯。
优选的，所述的步骤(1)制备浒苔纳米干粉：浒苔鲜品清洗去除沙粒等杂质后，冷冻干燥得干品，所得干品超微粉碎至500目微米粉末后，将所得微米粉末置于球磨罐中进行高能球磨，其中氧化锆球:微米粉末:水的质量比为8:4:1，转速2000转/分钟，球磨时间4小时，所得粉末置于60℃烘箱中烘干得浒苔纳米干粉。
优选的，步骤(2)所述的溶于乙醇的高分子聚合物为聚乙烯吡咯烷酮，所述的有机酸为磺基水杨酸、乙酸、甲酸的一种或多种。
优选的，所述的步骤(2)配制纺丝前驱液Ⅰ：3.4g钛酸正丁酯与2g磺基水杨酸加入9ml无水乙醇中，磁力搅拌1小时混合均匀后加入2.2g步骤(1)所得的浒苔纳米干粉，磁力搅拌1小时，配制成悬浊液A；3.5g聚乙烯吡咯烷酮加入9ml无水乙醇中，磁力搅拌2小时混合均匀得溶液B；将悬浊液A和溶液B混合磁力搅拌40分钟后，超声震荡10分钟，超声震荡后再次磁力搅拌30分钟，然后再次超声震荡10分钟，即得均匀悬浊液为纺丝前驱液Ⅰ。
优选的，所述的步骤(3)电纺预备纤维膜中的纺丝电压是22kV，纺丝距离为18cm，纺丝时间为15分钟。
优选的，所述的步骤(4)高温热处理：步骤(3)中所得的预备纤膜置于管式炉中，在氮气气氛下，以3℃/分钟升温至500℃，保温1小时后，冷却至室温取出样品，即得浒苔活性炭/二氧化钛复合纳米纤维膜。
本发明还公开了所述的电纺复合微纳米纤维空气过滤膜的制备方法，包括以下步骤：
1)配制纺丝前驱液Ⅱ：配制含有纳米银颗粒、浒苔活性炭/二氧化钛复合颗粒和不溶于水的高分子聚合物均匀悬浊液作为纺丝前驱液Ⅱ；
2)电纺空气过滤膜：步骤1)所得的纺丝前驱液Ⅱ加入静电纺丝装置的储液机构中，纺丝喷头连接高压电源正极，收集极连接高压电源负极，调节纺丝电压和纺丝距离进行静电纺丝，纺丝前驱液Ⅱ在电场力的作用下在收集极上形成复合微纳米纤维膜即得空气过滤膜。
优选的，所述步骤1)配制纺丝前驱液Ⅱ：将1.5g纳米银颗粒和2g浒苔活性炭/二氧化钛复合颗粒加入16.5g丙酮中磁力搅拌20分钟后，超声震荡10分钟，再次磁力搅拌20分钟，然后再次超声震荡10分钟得悬浊液A；1.3g聚偏氟乙烯加入3g二甲基亚砜和3g丙酮中，在60℃水浴条件下磁力搅拌2小时得均匀的溶液B；取2.7g悬浊液A加入7.3g溶液B中磁力搅拌10分钟后，超声震荡10分钟，再次磁力搅拌40分钟，然后再次超声震荡30分钟后得悬浊液B即为纺丝前驱液Ⅱ。
优选的，所述的步骤2)电纺预备纤维膜中的纺丝电压是15kV，纺丝距离为10cm，纺丝时间为20分钟。
本发明采用静电纺丝方法直接制得纳米银颗粒、浒苔活性炭/二氧化钛复合颗粒和高分子聚合物复合微纳米纤维空气过滤膜，制备方法简单，材料性能优越，由该方法制得的纤维膜中纳米银颗粒和浒苔活性炭/二氧化钛复合颗粒均匀分布于高分子聚合物微纳米纤维中，形成复合材料，在空气通过过滤膜时能够充分的与空气接触，起到抗菌、吸收分解有害物质的作用，同时，空气过滤膜中所含的不溶于水的高分子聚合物也使得该过滤网具有更好的柔韧性，可随意弯折，具有较好的力学性能。
本发明的有益效果为：本发明提供了一种电纺复合微纳米纤维空气过滤膜及其制备方法。该空气过滤膜制备方法简单，性能优越，能够在阻隔、过滤粉尘污染物的同时，有效吸附分解甲醛等有害物质，同时还能起到较好的抗菌作用，起到较好的综合防护效果。具体而言：
(1)本发明的空气过滤膜复合了纳米银颗粒和浒苔活性炭/二氧化钛复合颗粒，其中，浒苔活性炭/二氧化钛复合颗粒由电纺TiO2/高分子聚合物/浒苔纳米颗粒(浒苔纳米干粉)复合纳米纤维膜经高温热处理、酸洗、粉碎制得。这种复合颗粒的制备方法较简单，性能优越，且充分利用了近海浒苔资源，变废为宝。由含有钛酸正丁酯、浒苔纳米干粉、无水乙醇、溶于乙醇的高分子聚合物、有机酸的纺丝前驱液静电纺丝法制得的预备纤维膜为TiO2/高分子聚合物/浒苔纳米颗粒(浒苔纳米干粉)复合纳米纤维构成的纤维膜，其中浒苔纳米颗粒均匀嵌于TiO2/高分子聚合物复合纳米纤维中，所得的预备纤膜在缺氧或无氧条件下经高温热处理，使浒苔纳米颗粒碳化成多孔的活性炭纳米颗粒，热处理过程同时去除了预备纤维膜中的高分子聚合物和残余溶剂，得到均匀嵌有浒苔活性炭纳米颗粒的多晶二氧化钛/浒苔活性炭纳米纤维膜，所得纤维膜经酸洗除去杂质后超微粉碎得到浒苔活性炭/二氧化钛复合颗粒，二氧化钛是一种光催化剂，在光照条件下，二氧化钛表面能够激发产生电子和空穴，催化空气污染物(如甲醛)反应生成二氧化碳和水，其与浒苔活性炭复合能够有效分解活性炭吸附的空气污染物，将二氧化钛与浒苔活性碳复合制得的复合纳米纤维膜材料，结合了二氧化钛和浒苔活性炭的优势性能，能够高效吸附分解甲醛等有害物质，同时，这种复合颗粒具有微纳米材料比表面积大的结构特点可与空气污染物充分接触，提高吸附分解效率，更好的净化空气。与二氧化钛复合的浒苔活性炭颗粒是由浒苔纳米颗粒碳化得到纳米尺寸的活性炭颗粒，活性炭材料的吸附能力因为其孔隙具有吸附势，是靠碳分子与被吸附分子的引力而形成的，孔径越小，吸附势越强，活性炭材料的吸附能力就越强，因此相较于普通方法制得的浒苔活性炭，这种纳米级别的活性炭颗粒的孔隙更小，具有更强的吸附能力，可有效增强复合材料吸附分解空气污染物等有害物质的效果。而浒苔活性炭/二氧化钛复合颗粒与纳米银颗粒的复合，有效弥补了浒苔活性炭/二氧化钛复合颗粒在抗菌抑菌方面的不足，采用静电纺丝法直接制得由纳米银颗粒、浒苔活性炭/二氧化钛复合颗粒和不溶于水的高分子聚合物复合而成的微纳米纤维空气过滤膜，具有微纳米纤维网状结构，具有微纳米级别的孔隙，且孔隙率较大，能够很好的阻隔空气中的微小粉尘，且具有电纺微纳米纤维膜的比表面积大的特点，可充分有空气接触，更好的发挥纳米银颗粒、浒苔活性炭/二氧化钛复合颗粒抗菌作用和吸附分解甲醛等有害物质的作用，使其取得更好的作用效果，相较于单纯的无机二氧化钛/活性炭复合材料，空气过滤膜中所含的不溶于水的高分子聚合物也使得该过滤网具有更好的柔韧性，可随意弯折，能够更好的适应应用需求。
(2)本发明采用静电纺丝方法直接制得纳米银颗粒、浒苔活性炭/二氧化钛复合颗粒和高分子聚合物复合微纳米纤维空气过滤膜，制备方法简单，材料性能优越，由该方法制得的纤维膜中纳米银颗粒和浒苔活性炭/二氧化钛复合颗粒均匀分布于高分子聚合物微纳米纤维中，形成复合材料，在空气通过过滤膜时能够充分的与空气接触，起到抗菌、吸收分解有害物质的作用，同时，空气过滤膜中所含的不溶于水的高分子聚合物也使得该过滤网具有更好的柔韧性，可随意弯折，具有较好的力学性能。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料配比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
本发明实施例中所用的浒苔活性炭/二氧化钛复合颗粒由以下方法制得：
(1)制备浒苔纳米干粉：浒苔鲜品清洗去除沙粒等杂质后，冷冻干燥得干品，所得干品超微粉碎至500目微米粉末后，将所得微米粉末置于球磨罐中进行高能球磨，其中氧化锆球:微米粉末:水的质量比为8:4:1，转速2000转/分钟，球磨时间4小时，所得粉末置于60℃烘箱中烘干得浒苔纳米干粉；
(2)配制纺丝前驱液Ⅰ：3.4g钛酸正丁酯与2g磺基水杨酸加入9ml无水乙醇中，磁力搅拌1小时混合均匀后加入2.2g步骤(1)所得的浒苔纳米干粉，磁力搅拌1小时，配制成悬浊液A；3.5g聚乙烯吡咯烷酮加入9ml无水乙醇中，磁力搅拌2小时混合均匀得溶液B；将悬浊液A和溶液B混合磁力搅拌40分钟后，超声震荡10分钟，超声震荡后再次磁力搅拌30分钟，然后再次超声震荡10分钟，即得均匀悬浊液为纺丝前驱液Ⅰ；
(3)电纺预备纤维膜：步骤(2)所得的纺丝前驱液Ⅰ加入静电纺丝装置的储液机构中，纺丝喷头连接高压电源正极，收集极连接高压电源负极，调节纺丝电压和纺丝距离进行静电纺丝，纺丝前驱液Ⅰ在电场力的作用下在收集极上形成纤维膜即为预备纤维膜，其中，纺丝电压是22kV，纺丝距离为18cm，纺丝时间为15分钟；
(4)高温热处理：步骤(3)中所得的预备纤膜置于管式炉中，在氮气气氛下，以3℃/分钟升温至500℃，保温1小时后，冷却至室温取出样品，即得浒苔活性炭/二氧化钛复合纳米纤维膜。
(5)酸洗除杂：在温度为60℃的恒温下将步骤(4)所得的样品经摩尔浓度5mol/L的盐酸浸泡10小时以除去杂质，将样品从酸液中取出，再将其浸泡于去离子水中每隔2小时更换一次浸泡样品的去离子水，并测试浸泡过样品的去离子水的ph值，至浸泡过样品的去离子水为中性时，将样品取出置于60℃烘箱中烘干；
(6)粉碎颗粒：将步骤(5)所得的干燥样品经超微粉碎至2000目粉末制得浒苔活性炭/二氧化钛复合颗粒。
实施例1
一种电纺复合微纳米纤维空气过滤膜的制备方法，包括以下步骤：
1)配制纺丝前驱液Ⅱ：将1.5g纳米银颗粒和2g浒苔活性炭/二氧化钛复合颗粒加入16.5g丙酮中磁力搅拌20分钟后，超声震荡10分钟，再次磁力搅拌20分钟，然后再次超声震荡10分钟得悬浊液A；1.3g聚偏氟乙烯(相对分子量27万)加入3g二甲基亚砜和3g丙酮中，在60℃水浴条件下磁力搅拌2小时得均匀的溶液B；取2.7g悬浊液A加入7.3g溶液B中磁力搅拌10分钟后，超声震荡10分钟，再次磁力搅拌40分钟，然后再次超声震荡30分钟后得悬浊液B即为纺丝前驱液Ⅱ；
2)电纺空气过滤膜：步骤1)所得的纺丝前驱液Ⅱ加入静电纺丝装置的储液机构中，纺丝喷头连接高压电源正极，收集极连接高压电源负极，调节纺丝电压和纺丝距离进行静电纺丝，纺丝前驱液Ⅱ在电场力的作用下在收集极上形成复合微纳米纤维膜即得空气过滤膜，其中，纺丝电压是15kV，纺丝距离为10cm，纺丝时间为20分钟。
上述方法中，步骤1)中所用的浒苔活性炭/二氧化钛复合颗粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备浒苔纳米干粉：浒苔鲜品清洗去除沙粒等杂质后，冷冻干燥得干品，所得干品超微粉碎至500目微米粉末后，将所得微米粉末置于球磨罐中进行高能球磨，其中氧化锆球:微米粉末:水的质量比为8:4:1，转速2000转/分钟，球磨时间4小时，所得粉末置于60℃烘箱中烘干得浒苔纳米干粉；
(2)配制纺丝前驱液Ⅰ：3.4g钛酸正丁酯与2g磺基水杨酸加入9ml无水乙醇中，磁力搅拌1小时混合均匀后加入2.2g步骤(1)所得的浒苔纳米干粉，磁力搅拌1小时，配制成悬浊液A；3.5g聚乙烯吡咯烷酮(相对分子量130万)加入9ml无水乙醇中，磁力搅拌2小时混合均匀得溶液B；将悬浊液A和溶液B混合磁力搅拌40分钟后，超声震荡10分钟，超声震荡后再次磁力搅拌30分钟，然后再次超声震荡10分钟，即得均匀悬浊液为纺丝前驱液Ⅰ；
(3)电纺预备纤维膜：步骤(2)所得的纺丝前驱液加入静电纺丝装置的储液机构中，纺丝喷头连接高压电源正极，收集极连接高压电源负极，调节纺丝电压和纺丝距离进行静电纺丝，纺丝前驱液在电场力的作用下在收集极上形成纤维膜即为预备纤维膜，其中，纺丝电压是22kV，纺丝距离为18cm，纺丝时间为15分钟；
(4)高温热处理：步骤(3)中所得的预备纤膜置于管式炉中，在氮气气氛下，以3℃/分钟升温至500℃，保温1小时后，冷却至室温取出样品，得浒苔活性炭/二氧化钛复合纳米纤维膜；
(5)酸洗除杂：在温度为60℃的恒温下将步骤(4)所得的样品经摩尔浓度5mol/L的盐酸浸泡10小时以除去杂质，将样品从酸液中取出，再将其浸泡于去离子水中每隔2小时更换一次浸泡样品的去离子水，并测试浸泡过样品的去离子水的ph值，至浸泡过样品的去离子水为中性时，将样品取出置于60℃烘箱中烘干；
(6)粉碎颗粒：将步骤(5)所得的干燥样品经超微粉碎至2000目粉末制得浒苔活性炭/二氧化钛复合颗粒。
性能测试：对实施例1的空气过滤膜进行性能测试，其空气过滤膜的断裂强度达49.5MPa，对0.01～2.5微米颗粒的过滤效率达到99.999％，阻力压降为20Pa。
实施例2
一种电纺复合微纳米纤维空气过滤膜的制备方法，包括以下步骤：
1)配制纺丝前驱液Ⅱ：将1g纳米银颗粒和1.5g浒苔活性炭/二氧化钛复合颗粒加入16.5g丙酮中磁力搅拌20分钟后，超声震荡10分钟，再次磁力搅拌20分钟，然后再次超声震荡10分钟得悬浊液A；1.5g聚偏氟乙烯(相对分子量27万)加入3g二甲基亚砜和3g丙酮中，在60℃水浴条件下磁力搅拌2小时得均匀的溶液B；取2.7g悬浊液A加入7.3g溶液B中磁力搅拌10分钟后，超声震荡10分钟，再次磁力搅拌40分钟，然后再次超声震荡30分钟后得悬浊液B即为纺丝前驱液Ⅱ；
2)电纺空气过滤膜：步骤1)所得的纺丝前驱液Ⅱ加入静电纺丝装置的储液机构中，纺丝喷头连接高压电源正极，收集极连接高压电源负极，调节纺丝电压和纺丝距离进行静电纺丝，纺丝前驱液Ⅱ在电场力的作用下在收集极上形成复合微纳米纤维膜即得空气过滤膜，其中，纺丝电压是20kV，纺丝距离为12cm，纺丝时间为20分钟。
上述方法中，步骤1)中所用的浒苔活性炭/二氧化钛复合颗粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备浒苔纳米干粉：浒苔鲜品清洗去除沙粒等杂质后，冷冻干燥得干品，所得干品超微粉碎至500目微米粉末后，将所得微米粉末置于球磨罐中进行高能球磨，其中氧化锆球:微米粉末:水的质量比为8:4:1，转速3000转/分钟，球磨时间2小时，所得粉末置于60℃烘箱中烘干得浒苔纳米干粉；
(2)配制纺丝前驱液Ⅰ：4g钛酸正丁酯与2g乙酸加入8ml无水乙醇中，磁力搅拌1小时混合均匀后加入1.3g步骤(1)所得的浒苔纳米干粉，磁力搅拌2小时，配制成悬浊液A；4g聚乙烯吡咯烷酮(PVP，分子量(Mw)130万)加入8ml无水乙醇中，磁力搅拌3小时混合均匀得溶液B；将悬浊液A和溶液B混合磁力搅拌30分钟后，超声震荡15分钟，超声震荡后再次磁力搅拌20分钟，然后再次超声震荡15分钟，即得均匀悬浊液为纺丝前驱液Ⅰ；
(3)电纺预备纤维膜：步骤(2)所得的纺丝前驱液Ⅰ加入静电纺丝装置的储液机构中，纺丝喷头连接高压电源正极，收集极连接高压电源负极，调节纺丝电压和纺丝距离进行静电纺丝，纺丝前驱液在电场力的作用下在收集极上形成纤维膜即为预备纤维膜，其中，纺丝电压是25kV，纺丝距离为15cm，纺丝时间为10分钟；
(4)高温热处理：步骤(3)中所得的预备纤膜置于管式炉中，在氮气气氛下，以10℃/分钟升温至600℃，保温2小时后，冷却至室温取出样品，得浒苔活性炭/二氧化钛复合纳米纤维膜；
(5)酸洗除杂：在温度为60℃的恒温下将步骤(4)所得的样品经摩尔浓度5mol/L的盐酸浸泡12小时以除去杂质，将样品从酸液中取出，再将其浸泡于去离子水中每隔1小时更换一次浸泡样品的去离子水，并测试浸泡过样品的去离子水的ph值，至浸泡过样品的去离子水为中性时，将样品取出置于60℃烘箱中烘干；
(6)粉碎颗粒：将步骤(5)所得的干燥样品经超微粉碎至2000目粉末制得浒苔活性炭/二氧化钛复合颗粒。
性能测试：对实施例2的空气过滤膜进行性能测试，其空气过滤膜的断裂强度达41.6MPa，对0.01～2.5微米颗粒的过滤效率达到99.997％，阻力压降为18Pa。
以上所列举的实施方式仅供理解本发明之用，并非是对本发明所描述的技术方案的限定，有关领域的普通技术人员，在权利要求所述技术方案的基础上，还可以作出多种变化或变形，所有等同的变化或变形都应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种电纺复合微纳米纤维空气过滤膜，其特征在于，所述空气过滤膜由静电纺丝法制得，空气过滤膜的复合微纳米纤维由纳米银颗粒、浒苔活性炭/二氧化钛复合颗粒和不溶于水的高分子聚合物构成，所述的浒苔活性炭/二氧化钛复合颗粒由以下方法制得：
(1)制备浒苔纳米干粉：浒苔鲜品清洗去除沙粒等杂质，经自然风干或冷冻干燥得干品，所得干品超微粉碎至微米粉末后置于球磨罐中进行高能球磨后烘干得浒苔纳米干粉；
(2)配制纺丝前驱液Ⅰ：配制含有钛酸正丁酯、步骤(1)中所得的浒苔纳米干粉、无水乙醇、溶于乙醇的高分子聚合物、有机酸的均匀悬浊液作为纺丝前驱液Ⅰ；
(3)电纺预备纤维膜：步骤(2)所得的纺丝前驱液Ⅰ加入静电纺丝装置的储液机构中，纺丝喷头连接高压电源正极，收集极连接高压电源负极，调节纺丝电压和纺丝距离进行静电纺丝，纺丝前驱液Ⅰ在电场力的作用下在收集极上形成纤维膜即为预备纤维膜；
(4)高温热处理：步骤(3)中所得的预备纤膜在缺氧或无氧环境下经高温热处理使浒苔纳米干粉碳化得活性炭，该过程同时去除了预备纤维膜中的高分子聚合物和残余溶剂，得浒苔活性炭/二氧化钛复合纳米纤维膜；
(5)酸洗除杂：在温度为60℃的恒温下将步骤(4)所得的样品经摩尔浓度5mol/L的盐酸浸泡10小时以除去杂质，将样品从酸液中取出，再将其浸泡于去离子水中每隔2小时更换一次浸泡样品的去离子水，并测试浸泡过样品的去离子水的ph值，至浸泡过样品的去离子水为中性时，将样品取出置于60℃烘箱中烘干；
(6)粉碎颗粒：将步骤(5)所得的干燥样品经超微粉碎至2000目粉末制得浒苔活性炭/二氧化钛复合颗粒。
2.如权利要求1所述的一种电纺复合微纳米纤维空气过滤膜，其特征在于，构成所述空气过滤膜的复合微纳米纤维的不溶于水的高分子聚合物为聚偏氟乙烯。
3.如权利要求1所述的一种电纺复合微纳米纤维空气过滤膜，其特征在于，所述的步骤(1)制备浒苔纳米干粉：浒苔鲜品清洗去除沙粒等杂质后，冷冻干燥得干品，所得干品超微粉碎至500目微米粉末后，将所得微米粉末置于球磨罐中进行高能球磨，其中氧化锆球:微米粉末:水的质量比为8:4:1，转速2000转/分钟，球磨时间4小时，所得粉末置于60℃烘箱中烘干得浒苔纳米干粉。
4.如权利要求1所述的一种电纺复合微纳米纤维空气过滤膜，其特征在于，步骤(2)所述的溶于乙醇的高分子聚合物为聚乙烯吡咯烷酮，所述的有机酸为磺基水杨酸、乙酸、甲酸的一种或多种。
5.如权利要求4所述的一种电纺复合微纳米纤维空气过滤膜，其特征在于，所述的步骤(2)配制纺丝前驱液Ⅰ：3.4g钛酸正丁酯与2g磺基水杨酸加入9ml无水乙醇中，磁力搅拌1小时混合均匀后加入2.2g步骤(1)所得的浒苔纳米干粉，磁力搅拌1小时，配制成悬浊液A；3.5g聚乙烯吡咯烷酮加入9ml无水乙醇中，磁力搅拌2小时混合均匀得溶液B；将悬浊液A和溶液B混合磁力搅拌40分钟后，超声震荡10分钟，超声震荡后再次磁力搅拌30分钟，然后再次超声震荡10分钟，即得均匀悬浊液为纺丝前驱液Ⅰ。
6.如权利要求5所述的一种电纺复合微纳米纤维空气过滤膜，其特征在于，所述的步骤(3)电纺预备纤维膜中的纺丝电压是22kV，纺丝距离为18cm，纺丝时间为15分钟。
7.如权利要求1所述的一种电纺复合微纳米纤维空气过滤膜，其特征在于，所述的步骤(4)高温热处理：步骤(3)中所得的预备纤膜置于管式炉中，在氮气气氛下，以3℃/分钟升温至500℃，保温1小时后，冷却至室温取出样品，即得浒苔活性炭/二氧化钛复合纳米纤维膜。
8.如权利要求1至7中任一项所述的电纺复合微纳米纤维空气过滤膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)配制纺丝前驱液Ⅱ：配制含有纳米银颗粒、浒苔活性炭/二氧化钛复合颗粒和不溶于水的高分子聚合物均匀悬浊液作为纺丝前驱液Ⅱ；
2)电纺空气过滤膜：步骤1)所得的纺丝前驱液Ⅱ加入静电纺丝装置的储液机构中，纺丝喷头连接高压电源正极，收集极连接高压电源负极，调节纺丝电压和纺丝距离进行静电纺丝，纺丝前驱液Ⅱ在电场力的作用下在收集极上形成复合微纳米纤维膜即得空气过滤膜。
9.如权利要求8所述的电纺复合微纳米纤维空气过滤膜的制备方法，其特征在于，所述步骤1)配制纺丝前驱液Ⅱ：将1.5g纳米银颗粒和2g浒苔活性炭/二氧化钛复合颗粒加入16.5g丙酮中磁力搅拌20分钟后，超声震荡10分钟，再次磁力搅拌20分钟，然后再次超声震荡10分钟得悬浊液A；1.3g聚偏氟乙烯加入3g二甲基亚砜和3g丙酮中，在60℃水浴条件下磁力搅拌2小时得均匀的溶液B；取2.7g悬浊液A加入7.3g溶液B中磁力搅拌10分钟后，超声震荡10分钟，再次磁力搅拌40分钟，然后再次超声震荡30分钟后得悬浊液B即为纺丝前驱液Ⅱ。
10.如权利要求9所述的电纺复合微纳米纤维空气过滤膜的制备方法，其特征在于，所述的步骤2)电纺预备纤维膜中的纺丝电压是15kV，纺丝距离为10cm，纺丝时间为20分钟。
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