CN106693557B - Pm2.5过滤膜、制备方法以及pm2.5过滤纱窗 - Google Patents

Pm2.5过滤膜、制备方法以及pm2.5过滤纱窗 Download PDF

Info

Publication number
CN106693557B
CN106693557B CN201611110519.0A CN201611110519A CN106693557B CN 106693557 B CN106693557 B CN 106693557B CN 201611110519 A CN201611110519 A CN 201611110519A CN 106693557 B CN106693557 B CN 106693557B
Authority
CN
China
Prior art keywords
membrane
polymer solution
filtering membrane
filtering
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201611110519.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106693557A (zh
Inventor
伍晖
柏效鹏
魏呵呵
黄雅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tsinghua University
Original Assignee
Tsinghua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tsinghua University filed Critical Tsinghua University
Priority to CN201611110519.0A priority Critical patent/CN106693557B/zh
Publication of CN106693557A publication Critical patent/CN106693557A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106693557B publication Critical patent/CN106693557B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/54—Particle separators, e.g. dust precipitators, using ultra-fine filter sheets or diaphragms
    • B01D46/543—Particle separators, e.g. dust precipitators, using ultra-fine filter sheets or diaphragms using membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
    • B01D67/0002—Organic membrane manufacture
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/12—Composite membranes; Ultra-thin membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/26—Polyalkenes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/30—Polyalkenyl halides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/38—Polyalkenylalcohols; Polyalkenylesters; Polyalkenylethers; Polyalkenylaldehydes; Polyalkenylketones; Polyalkenylacetals; Polyalkenylketals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/40—Polymers of unsaturated acids or derivatives thereof, e.g. salts, amides, imides, nitriles, anhydrides, esters
    • B01D71/42—Polymers of nitriles, e.g. polyacrylonitrile
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/52—Polyethers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/58—Other polymers having nitrogen in the main chain, with or without oxygen or carbon only
    • B01D71/62—Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain
    • B01D71/64—Polyimides; Polyamide-imides; Polyester-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

本发明提供了PM2.5过滤膜、制备方法以及PM2.5过滤纱窗。该PM2.5过滤膜是由聚合物纤维形成的，所述PM2.5过滤膜的透过率为10～90％，其中，所述聚合物纤维是由包括聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、尼龙、聚乙烯醇、聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯酸、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯酸、聚乙烯醇缩丁醛以及聚对苯二甲酸乙二醇酯的至少之一形成的，所述聚合物纤维的直径为50nm～20μm。该PM2.5滤膜具有透明度可控、过滤PM2.5效果优良、可实现大尺寸量产等优点的至少之一。

Description

PM2.5过滤膜、制备方法以及PM2.5过滤纱窗
技术领域
本发明涉及环境领域，具体而言，本发明涉及PM2.5过滤膜、制备方法以及PM2.5过滤纱窗。
背景技术
雾霾，是二氧化硫、氮氧化物以及可吸入颗粒物这三者组成的物质，前两者为气态污染物，它们与空气中的雾气结合在一起，严重影响人们的身体健康，并使得室外可见度低，生态系统遭到破坏。PM2.5，又称为细颗粒物，指的是空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒，PM10指的是空气动力学当量直径小于等于10微米的颗粒。这些超细的颗粒在大气里扩散，其在空气中的扩散面积大，处理困难。尤其是PM2.5，由于其具有较细的颗粒粒径，可以被人体直接吸入，且一般的口罩、滤膜等无法有效将其除去，容易对人体造成较大的伤害。因此，可过滤PM2.5的空气净化器、过滤装置引起了人们的广泛关注。
然而，目前可用于过滤除去PM2.5的过滤膜仍有待改进。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
本发明是基于发明人的下列发现而完成的：
目前人们在雾霾天普遍使用的PM2.5面罩由于其面积大，且会导致空气流通不畅，使得配带时呼吸不畅的缺点，很多人并不愿意佩戴这类防护面罩。而室内的防护方法通常用空气净化器，通过在空气净化器中内置可以过滤PM2.5的滤膜并通过气流的抽滤系统实现对室内空气的精华。但是目前的空气净化器的成本高，而且极其耗能，且没法达到交换室外空气，保持空气流通的效果。故而目前即在室内使用空气净化器等净化装置，也无法在雾霾天气进行室内通风。发明人经深入研究以及大量实验发现，这主要是由于目前可以过滤PM2.5的过滤膜，普遍存在膜两侧压力差较大、透明度差、滤膜尺寸难以实现突破等问题而导致的。
有鉴于此，在本发明的第一方面，本发明提出了一种PM2.5过滤膜。根据本发明的实施例，所述PM2.5过滤膜是由聚合物纤维形成的，所述PM2.5过滤膜的透过率为10～90％，其中，所述聚合物纤维是由包括聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、尼龙、聚乙烯醇、聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯酸、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯酸、聚乙烯醇缩丁醛以及聚对苯二甲酸乙二醇酯的至少之一形成的，所述聚合物纤维的直径为50nm～20μm。该PM2.5滤膜具有透明度可控、过滤PM2.5效果优良、可实现大尺寸量产等优点的至少之一。
根据本发明的实施例，所述PM2.5过滤膜是由形成所述聚合物纤维的聚合物溶液通过气纺形成的。由此，易于扩大该滤膜的尺寸并实现量产。
根据本发明的实施例，所述PM2.5过滤膜的透光率为80％～10％。由此，该滤膜可以用于制备具有PM2.5过滤功能的纱窗。
根据本发明的实施例，所述PM2.5过滤膜对PM2.5的移除效率不低于90％。
在本发明的另一方面，本发明提出了一种PM2.5过滤纱窗。根据本发明的实施例，该纱窗包括：支撑层；以及过滤层，过滤层，所述过滤层设置在所述支撑层的外表面，所述过滤层的透过率为50～90％，，所述过滤层是由聚合物纤维形成的，所述聚合物纤维的直径为50nm～20μm。由此，可以实现对PM2.5的有效过滤，使得在雾霾天气也可以实现室内开窗通风。
根据本发明的实施例，所述聚合物纤维是由包括聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、尼龙、聚乙烯醇、聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯酸、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯酸、聚乙烯醇缩丁醛以及聚对苯二甲酸乙二醇酯的至少之一形成的。
在本发明的又一方面，本发明提出了一种制备PM2.5过滤膜的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：对聚合物溶液进行气纺，以便形成所述PM2.5过滤膜，所述气纺的喷气压力为0.001MPa-100MPa。该方法具有操作简单、易于放大生产、成本低廉、制备的PM2.5过滤膜透光率可控等优点的至少之一。
根据本发明的实施例，所述聚合物溶液聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、尼龙、聚乙烯醇、聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯酸、聚苯乙烯、聚氯乙烯以及聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯酸、聚乙烯醇缩丁醛的至少之一。
根据本发明的实施例，所述聚合物溶液的溶剂包括水、甲醇、乙醇、乙醚、乙腈、丙酮、丁酮、二甲基亚砜、石油醚、丁醇、丙醇、乙二醇、汽油、异丁醇、二氯甲烷、二氯化乙烯、四氢呋喃、甲苯、对二甲苯、氯苯、环戊烷、三氟乙酸、乙酸、四氯化碳、丙酮、乙二醇乙二醚、异丙醇以及二甲基甲酰胺的至少之一。由此，可以进一步提高气纺制备PM2.5过滤膜的效果。
根据本发明的实施例，所述气纺进一步包括：(1)提供基板；(2)将所述聚合物溶液供给至气纺喷口，并向所述气纺喷口供给载气，以便所述聚合物溶液在所述载气的作用下由所述气纺喷口喷出，所述气纺喷口与所述基板相对设置且所述气纺喷口的直径范围为10μm-5cmm，以便在所述基板上形成所述PM2.5过滤膜。
根据本发明的实施例，所述步骤(2)进一步包括：沿垂直于所述聚合物溶液喷出的方向，移动所述基板。由此，可以简便地实现大尺寸、连续的PM2.5过滤膜的制备。
根据本发明的实施例，步骤(2)进一步包括：将所述聚合物溶液供给至多个所述气纺喷口，所述多个气纺喷口沿同一直线排列，所述多个气纺喷口与所述基板相对设置。由此，可以进一步提高利用该方法制备PM2.5过滤膜的效率，扩大生产规模，实现工业化生产。
在本发明的另一方面，本发明提出了一种制备PM2.5过滤膜的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：(1)提供基板；(2)将聚合物溶液供给至气纺喷口，所述气纺喷口与所述基板相对设置，并向所述气纺喷口供给载气，以便所述聚合物溶液在所述载气的作用下由所述气纺喷口喷出，以便在所述基板上形成所述PM2.5过滤膜，其中，所述聚合物溶液包括聚丙烯腈或者聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯的N，N二甲基甲酰胺溶液，尼龙的甲酸溶液或者聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液，所述气纺喷口处的载气压力为0.001MPa-100MPa，所述聚合物溶液供给至所述气纺喷口的流速为0.001m/s-10m/s。该方法具有操作简单、易于放大生产、成本低廉、制备的PM2.5过滤膜透光率可控等优点的至少之一。
根据本发明的实施例，步骤(2)进一步包括：固定所述气纺喷口，沿垂直于所述聚合物溶液喷出的方向，令所述基板匀速移动。由此，可以简便地实现大尺寸PM2.5过滤膜的制备。
附图说明
图1显示了根据本发明一个实施例的PM2.5过滤纱窗的结构示意图；
图2显示了根据本发明一个实施例的制备PM2.5过滤膜的方法的流程示意图；
图3显示了根据本发明另一个实施例的制备PM2.5过滤膜的方法的流程示意图；
图4显示了本发明实施例1制备的PM2.5过滤膜的实物图；
图5显示了本发明实施例5制备的PM2.5过滤纱窗的实物图；
图6显示了本发明实施例5制备的PM2.5过滤纱窗的另一个实物图；
图7显示了根据本发明一个实施例的PM2.5过滤膜的实物图；
图8显示了根据本发明实施例的PM2.5过滤膜的性能测试结果；
图9显示了根据本发明实施例的PM2.5过滤膜使用前后的扫描电子显微镜图；
图10显示了根据本发明实施例的PM2.5过滤纱窗的稳定性测试结果；以及
图11显示了根据本发明对比例的PM2.5过滤效果图。
附图标记说明：
100：支撑层；200：过滤层；300：基板；410：聚合物溶液供给管；420：载气供给口；430：气纺喷口。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的模块或具有相同或类似功能的模块。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的第一方面，本发明提出了一种PM2.5过滤膜。根据本发明的实施例，该PM2.5过滤膜是由聚合物纤维形成的。该PM2.5滤膜具有透明度可控、过滤PM2.5效果优良、可实现大尺寸量产等优点的至少之一。具体的，该PM2.5过滤膜是由直径为50nm～20μm的聚合物纤维形成的。构成聚合物纤维的聚合物可以包括聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、尼龙、聚乙烯醇、聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯酸、聚苯乙烯、聚氯乙烯以及聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯酸、聚乙烯醇缩丁醛的至少之一。根据本发明的实施例，上述PM2.5过滤膜的透过率可以为10％～90％。由上述聚合物形成的直径在上述范围内的纤维，具有足够好的力学性能，可以交织成多孔的网状结构构成该PM2.5过滤膜，且形成的PM2.5过滤膜可实现自支撑(即不需要基板或衬底也可成型并进行转移、裁剪等操作)。
需要说明的是，构成上述聚合物纤维的具体聚合物种类不受特别限制，只要该聚合物具有一定的弹性模量，力学性能较好，且制备成直径在上述范围内的纤维时，其形成的膜结构可以实现自支撑即可。此外，上述PM2.5过滤膜的透过率，也可以通过调节形成该PM2.5过滤膜的聚合物纤维的密集程度而改变，不受特别限制。当该PM2.5过滤膜中含有的聚合物纤维较多，聚合物纤维密集程度较大，PM2.5过滤膜的占空比较大时，该PM2.5过滤膜具有较小的透光率，相反地，当PM2.5过滤膜中聚合物纤维的密集程度较小，占空比较小时，则该PM2.5过滤膜的透过率较高。因此，上述PM2.5过滤膜的透过率并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需求进行调节。发明人经过大量实验验证，直径在上述范围内的聚合物纤维构成的PM2.5过滤膜，可以在实现PM2.5过滤功能的同时，保持该PM2.5过滤膜具有较好的透光性能。此外，发明人还惊喜地发现，该PM2.5过滤膜在使用过程中，其膜两侧的压力差较小。因此，该PM2.5过滤膜可以设置于诸如窗户、通风口等结构表面，进而可以在雾霾天气，同时实现PM2.5的去除以及室内的通风，保证空气流畅和空气质量。
根据本发明的实施例，形成该PM2.5过滤膜的聚合物纤维的具体长度、数量以及最终形成的PM2.5过滤膜的厚度不受特别限制。本领域技术人员能够理解的是，形成等体积等厚度的PM2.5过滤膜的聚合物纤维越多，则单根聚合物纤维之间的空隙越小，纤维交织的越紧密，则该PM2.5过滤膜的PM2.5过滤性能越好。然而，过于厚实、紧密的PM2.5过滤膜，容易导致透明度降低进而影响采光、膜两侧压力差增大，空气流动受阻严重等问题。因此，根据本发明的具体实施例，PM2.5过滤膜的厚度可以为500nm-20μm。由此，可以在保证该PM2.5过滤膜对PM2.5保持较高的去除率的同时，该PM2.5过滤膜也可以具有较为合理的透光率以及膜两侧压力差。
需要说明的是，在本发明中，术语“PM2.5过滤膜”应做广义理解，也即是说，其既包括厚度较薄、上表面面积较大的膜状结构，还包括厚度与上表面面积相似的块体结构，只要其由前面所描述的纤维形成，具有PM2.5过滤性能即可。例如，根据本发明实施例的PM2.5过滤膜可以具有较厚的厚度，并通过剪裁形成厚度以及上表面的长、宽尺寸形似的块体，并放置于注入汽车尾气管、中央空调的空调口等位置，以实现过滤PM2.5(或尾气)的功能。
根据本发明的具体实施例，上述PM2.5过滤膜可以是由形成所述聚合物纤维的聚合物溶液通过气纺形成的。由此，易于扩大该滤膜的尺寸并实现量产。根据本发明的实施例，PM2.5过滤膜的透光率可以为80％～10％。例如，PM2.5过滤膜的透光率可以为80％～50％。由此，该滤膜可以用于制备具有PM2.5过滤功能的纱窗。根据本发明的实施例，所述PM2.5过滤膜对PM2.5的移除效率不低于90％。例如，根据本发明的具体实施例，该PM2.5过滤膜对PM2.5的移除效率可以达到不低于96％。
在本发明的另一方面，本发明提出了一种PM2.5过滤纱窗。根据本发明的实施例，参考图1，该纱窗包括：支撑层100以及过滤层200。支撑层100可以为普通纱窗，也可以为具有较好的透光性、且不阻碍空气流通的基底。支撑层100可以进一步提高该PM2.5过滤纱窗的力学性能，从而可以提高该PM2.5过滤纱窗的使用寿命。过滤层200可以具有与前面描述的PM2.5过滤膜相同的特征以及优点。例如，根据本发明的具体实施例，该过滤层200可以是由聚合物纤维形成的，聚合物纤维可以包括聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、尼龙、聚乙烯醇、聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯酸、聚苯乙烯、聚氯乙烯以及聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯酸、聚乙烯醇缩丁醛的至少之一形成的纤维，聚合物纤维的直径可以为50nm～20μm。过滤层200的厚度可以为500nm-20μm。支撑层100可以为常用的纱窗。采用现有的纱窗作为支撑层100，一方面可以进一步提高过滤层的力学强度，延长该PM2.5过滤纱窗的使用寿命；另一方面也便于利用现有的纱窗，通过简单的加工形成根据本发明实施例的PM2.5过滤纱窗，从而有利于降低生产成本。该PM2.5过滤纱窗可以实现对PM2.5的有效过滤，使得在雾霾天气时，也可以实现室内开窗通风，保证空气质量。本领域技术人员能够理解的是，由于过滤层200可以具有与前面描述的PM2.5过滤膜相同的特征以及优点，因此，过滤层200也可以实现自支撑。因此，支撑层100可以进一步提高PM2.5过滤纱窗的力学性能，从而可以提高该PM2.5过滤纱窗的使用寿命。
在本发明的又一方面，本发明提出了一种制备PM2.5过滤膜的方法。利用该方法制备的PM2.5过滤膜可以具有与前面描述的PM2.5过滤膜相同的特征以及优点，在此不再赘述。也即是说，利用根据本发明实施例的方法获得的PM2.5过滤膜可以由聚合物纤维形成，形成PM2.5过滤膜的聚合物纤维可以具有50nm～20μm的直径。根据本发明的实施例，该方法可以包括：对聚合物溶液进行气纺，以便形成所述PM2.5过滤膜。该方法具有操作简单、易于放大生产、成本低廉、制备的PM2.5过滤膜透光率可控等优点的至少之一。
根据本发明的具体实施例，参考图2，该方法还可以通过以下操作实现：提供基板300，将聚合物溶液通过聚合物溶液供给管410供给至气纺喷口430，气纺喷口430与基板300相对设置。同时，由载气供给口420向气纺喷口430供给载气。聚合物溶液在载气气流的作用下，由气纺喷口430喷出，进而在基板300上形成由聚合物纤维形成的PM2.5过滤膜。其中，气纺喷口430与基底300之间的距离可以为30～50cm。
聚合物溶液可以含有聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、尼龙、聚乙烯醇、聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯酸、聚苯乙烯、聚氯乙烯以及聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯酸、聚乙烯醇缩丁醛的至少之一，进而可以在基板300上形成由上述聚合物形成的聚合物纤维。聚合物溶液的溶剂包括水、甲醇、乙醇、乙醚、乙腈、丙酮、丁酮、二甲基亚砜、石油醚、丁醇、丙醇、乙二醇、汽油、异丁醇、二氯甲烷、二氯化乙烯、四氢呋喃、甲苯、对二甲苯、氯苯、环戊烷、三氟乙酸、乙酸、四氯化碳、丙酮、乙二醇乙二醚、异丙醇以及二甲基甲酰胺。需要说明的是，形成聚合物溶液的溶剂也不受特别限制，本领域技术人员可以根据具体的聚合物种类，选择相应的溶剂形成聚合物溶液。发明人经过大量实验发现，上述溶剂可以较好的溶解上述聚合物，形成均匀的聚合物溶液，从而可以进一步提高气纺制备PM2.5过滤膜的效果。例如，根据本发明的具体实施例，上述聚合物溶液可以为聚丙烯腈(PAN)的二甲基甲酰胺(DMF)溶液，PAN占DMF的质量分数比可为1％-100％，其中溶剂DMF也可换为水、去离子水、甲醇、二甲基亚矾、乙醚、丙酮、乙二醇二甲醚、异丙醇等有机溶剂。或者，上述聚合物溶液也可以为聚酰亚胺(PI)的二甲基甲酰胺(DMF)溶液，PI占DMF的质量分数比可以为1％-100％，其中DMF也可换为水，去离子水，甲醇，乙醇，二甲基亚矾，乙醚，丙酮，乙二醇二甲醚等有机溶剂。或者，还可以采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的DMF溶液为聚合物溶液，其中PMMA占DMF的质量分数比为可以为为1％-100％，其中DMF同样也可换为水，去离子水，甲醇，乙醇，二甲基亚矾，乙醚，丙酮，乙二醇二甲醚等有机溶剂。根据本发明的另一些实施例，还可以采用尼龙-66(Nylon-66)的甲酸溶液为聚合物溶液，其中尼龙-66占甲酸的质量分数比可以为为1％-100％，其中DMF可换为水，去离子水，甲醇，乙醇，二甲基亚矾，乙醚，丙酮，乙二醇二甲醚等有机溶剂。
根据本发明的实施例，气纺的喷气压力为0.001MPa-100MPa。也即是说，可以控制载气供给口处的载气压力为0.001MPa-100MPa。发明人经过大量实验发现，当载气压力在上述范围内时，可以保证聚合物溶液能够较为流畅地由气纺喷口430被喷出，且制备的PM2.5过滤膜具有较好的均匀性。根据本发明的具体实施例，气纺喷口的直径可以为范围为10μm-5cm由此，可以控制形成的PM2.5过滤膜由直径在10nm～5μm的聚合物纤维形成。
根据本发明的具体实施例，在基板300上形成PM2.5过滤膜后，还可以去除基板300，即可获得前面描述的根据本发明实施例的PM2.5过滤膜。或者，根据本发明的另一些实施例，也可以不去除基板300。例如，可以采用纱窗或是具有孔洞结构的滤膜等作为基底300，即可获得前面描述的PM2.5过滤纱窗。
根据本发明的另一些实施例，在形成PM2.5过滤膜时，还可以提供多个气纺喷口420，并使多个气纺喷口420规则排列且与基板300相对设置。由此，可以提高气纺制备PM2.5过滤膜的效率。例如，根据本发明的具体实施例，可以使多个气纺喷口沿同一直线排列，并使由气纺喷口设置为可以令喷出的聚合物溶液沿着垂直于基板300所在平面的方向传播。将聚合物溶液以及载气供给至上述多个气纺喷口，从而可以扩大利用气纺在基板300上形成的PM2.5过滤膜的体积。根据本发明的另一些实施例，参考图3，还可以利用诸如卷对卷等流水线操作方式，令基板300沿垂直于聚合物溶液喷出的方向移动。由此，可以简便地实现大尺寸、连续的PM2.5过滤膜的制备。根据本发明的具体实施例，利用上述诸如卷对卷的操作方式，可以实现大尺寸PM2.5过滤膜的连续生产。参考图7，采用3个排列在同一直线上的气纺喷口，通过一个聚合物溶液供给管410，以及4个与气纺喷口430相对应的载气供给口420(气纺喷口430与载气供给口420一一对应)实现聚合物纤维的气纺，在气纺喷口430的对侧设置一个垂直的、可以通过卷对卷设备进行移动的基板(纱窗网)。如图7所示，该方法可以实现超过2米的PM2.5过滤膜的制备。并且，对制备出的过滤膜的不同位置进行扫描电子显微镜的检测发现，在该PM2.5过滤膜的不同位置处，该PM2.5过滤膜均具有较好的均匀性。需要说明的是，上述气纺喷口的具体数量不受特别限制，本领域技术人员可以根据生产线的规模、需要制备的PM2.5过滤膜的尺寸进行调节。例如，在工业生产中，可以设置诸如100个及以上的气纺喷口430，气纺喷口430的排列方式也可以为阵列式或其他规则的排列方式，以保障喷出的聚合物溶液可以形成均匀的PM2.5过滤膜。由此，该方法可以实现大规模工业生产。
在本发明的另一方面，本发明提出了一种制备PM2.5过滤膜的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：
(1)提供基板。根据本发明的具体实施例，基板可以为诸如纱窗、具有孔洞结构的过滤膜、纱布等材料形成。
(2)将聚合物溶液供给至气纺喷口，气纺喷口与基板相对设置。并向气纺喷口供给载气，以便所述聚合物溶液在所述载气的作用下由所述气纺喷口喷出，以便在所述基板上形成所述PM2.5过滤膜。其中，聚合物溶液包括聚丙烯腈或者聚甲基丙烯酸甲酯的N，N二甲基甲酰胺溶液、尼龙的甲酸溶液或者聚乙烯醇的乙醇溶液，所述载气为压缩空气、氮气以及氩气的至少之一，气纺喷口处的载气压力为0.001MPa-100MPa，聚合物溶液供给至气纺喷口的流速为0.001m/s-10m/s。该方法具有操作简单、易于放大生产、成本低廉、制备的PM2.5过滤膜透光率可控等优点的至少之一。
根据本发明的具体实施例，还可以固定气纺喷口，沿垂直于聚合物溶液喷出的方向，令基板匀速移动。由此，可以简便地实现大尺寸PM2.5过滤膜的制备。根据本发明的另一些实施例，还可以设置多个气纺喷口，另多个气纺喷口沿同一直线排列，向上述多个气纺喷口同时供给聚合物溶液以及载气。由此，可以扩大在基板300上表面形成的PM2.5过滤膜的尺寸，从而可以提高制备该PM2.5过滤膜的效率。
下面通过具体的实施例对本发明进行说明，本领域技术人员能够理解的是，下面的具体的实施例仅仅是为了说明的目的，而不以任何方式限制本发明的范围。另外，在下面的实施例中，除非特别说明，所采用的材料和设备均是市售可得的。如果在后面的实施例中，未对具体的处理条件和处理方法进行明确描述，则可以采用本领域中公知的条件和方法进行处理。
实施例1制备PM2.5过滤膜
称取5克N-N二甲基甲酰胺溶剂和0.5g聚丙烯腈(PAN)粉末，将它们分别倒入玻璃瓶中搅拌，形成微黄色的均一溶液。取1ml的注射器吸取部分溶液，装上针头后，将其插入针头和气流的连接装置，调节气流压力和注射器的推进速度。采用铜网作为基板。调节好后，使喷丝装置距离基板20cm，缓慢移动装置，即可在基底的全部上表面形成PM2.5过滤膜。时间是10分钟，获得的PM2.5过滤膜的透明度是80％。
延长喷涂时间，还可以分别获得透明度为72％、54％、47％以及20％的PM2.5过滤膜。不同透明度的过滤膜实物图参考图4。
实施例2
制备过程同实施例1，所不同的是，采用0.5g的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)替代聚丙烯腈(PAN)粉末。
延长喷涂时间，还可以分别获得透明度为86％、78％、67％、47％、36％的PM2.5过滤膜。
实施例3
制备过程同实施例1，所不同的是，采用0.5g的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)替代聚丙烯腈(PAN)粉末。
延长喷涂时间，还可以分别获得透明度为90％、79％、57％、39％、20％的PM2.5过滤膜。
实施例4
制备过程同实施例1，所不同的是，采用0.5g的尼龙-66(Nylon)替代聚丙烯腈(PAN)粉末。
延长喷涂时间，还可以分别获得透明度为87％、69％、54％、38％、18％的PM2.5过滤膜。
实施例5
其余步骤同实施例1，所不同的是，采用纱窗作为基板，制备获得PM2.5过滤纱窗，透明度为80％。获得的纱窗如图5右侧所示。纱窗尺寸为133×29cm。与左侧没有气纺PAN纤维的普通纱窗相比，右侧的PM2.5过滤纱窗的透过率略有降低，但仍具有较好的透光性和透气性。
PM2.5过滤性能测试
PM2.5过滤膜
首先，对实施例1～4制备的PM2.5过滤膜进行测试。测试时，将上述PM2.5过滤膜一面置于室外，与雾霾接触，另一面面相室内，且室内以及室外仅通过上述PM2.5过滤膜进行空气流通。其中，移除效率(E％)为室内一侧滤膜处空气中的PM2.5指数以及室外一侧滤膜处空气中的PM2.5指数之比。压力差(ΔP)为PM2.5过滤膜两侧的压力之差；效率因子为－ln(1-E％)/ΔP。参考图8，不同的透明度的PAN、PVP、PMMA以及尼龙形成的PM2.5过滤膜，对于PM2.5(参考图8中的a)、PM10-2.5(参考图8中的b)以及PM10(参考图8中的c)均具有较高的移除效率(不低于96.5％)。对实施例1制备的不同透明度的PAN形成的PM2.5过滤膜的压力差进行检测，参考图8中的d可知，透明度为80％时，该PM2.5过滤膜的压力差仅为124Pa，而透明度为72％时，膜两侧的压力差为173Pa。普通的纱窗两侧的压力差为139Pa。图8中的d中的数据整理表1所示。可以看出，不同透明度的PM2.5过滤膜均具有较好的PM2.5去除效果，膜两侧的压力差随透明度的下降而升高。
表1
样品名称 透明度(％) 移除效率(％) 压力差(Pa) 效率因子(Pa<sup>-1</sup>)
PAN-80 80 99.86 124 0.052
PAN-72 72 99.88 173 0.038
PAN-54 54 99.90 232 0.029
PAN-47 47 99.93 338 0.021
PAN-20 20 99.96 380 0.020
取透明度为80％的PAN、PVP、PMMA以及尼龙形成的PM2.5过滤膜进行扫描电子显微镜的测试，参考图9，在未使用之前，上述PM2.5过滤膜均具有较为均匀的网状结构，且构成该网状结构的纤维表面较为光滑，无明显杂质、污染物吸附。而上述PM2.5过滤膜在雾霾天气中使用5小时后，再次进行扫描电子显微镜的测试，参考图9可见，PM2.5过滤膜表面均吸附了大量污染物。
PM2.5过滤纱窗
对实施例5制备的PM2.5过滤纱窗的过滤性能测试前，室内空气中PM2.5指数为52，室外的空气污染很严重，PM2.5指数为700，打开窗户后，室内PM2.5保持基本稳定，没有增长现象存在，而原始的窗户自带的纱窗在窗户打开后10分钟内，其对应的PM2.5指数增加了55.7％，PM10-2.5指数增加了51.88％，PM10指数增加50％。
该PM2.5过滤纱窗可以采用湿润的无纺布进行清洁。清洁效果参考图6。
对该PM2.5过滤纱窗的稳定性进行测试。在雾霾天气，采用该PM2.5过滤纱窗替代室内纱窗，打开窗户并保持12h，检测室内外PM2.5的指数。上述稳定性测试重复2次，测试结果参考图10。从测试前60分钟的测试的数据来看，该PM2.5过滤纱窗在两次的稳定性测试中，两次测试前60分钟对于PM2.5以及PM10的移除效率均保持一致，并无明显衰减，说明该PM2.5过滤纱窗具有较为良好的稳定性能。
对比例：为了进一步说明前面所述的PM2.5过滤纱窗(或采用纱窗作为基底时制备的M2.5过滤纱膜)的过滤性能与纱窗基底无关，对普通的纱窗进行PM2.5过滤性能的测试。测试结果参考图11。普通的纱窗对于PM2.5以及PM10的移除效率均不超过50％。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“另一个实施例”等的描述意指结合该实施例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (11)

1.一种用于纱窗的PM2.5过滤膜，其特征在于，所述PM2.5过滤膜是由聚合物纤维形成的，所述PM2.5过滤膜的透过率为10％～90％，
其中，所述聚合物纤维是由包括聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、尼龙、聚乙烯醇、聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯酸、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯酸、聚乙烯醇缩丁醛以及聚对苯二甲酸乙二醇酯的至少之一形成的，所述聚合物纤维的直径为50nm～20μm，且所述聚合物纤维的直径不为50nm，
所述PM2.5过滤膜的厚度为500nm～20μm，
所述PM2.5过滤膜的透光率为80％～72％，
所述PM2.5过滤膜对PM2.5的移除效率不低于96％。
2.根据权利要求1所述的用于纱窗的PM2.5过滤膜，其特征在于，所述PM2.5过滤膜是由形成所述聚合物纤维的聚合物溶液通过气纺形成的。
3.一种PM2.5过滤纱窗，其特征在于，包括：
支撑层；
过滤层，所述过滤层设置在所述支撑层的外表面，所述过滤层的透过率为50～90％，所述过滤层是由聚合物纤维形成的，所述聚合物纤维的直径为50nm～20μm，且所述聚合物纤维的直径不为50nm，
所述过滤层的厚度为500nm～20μm，
所述过滤层的透光率为80％～72％，
所述过滤层对PM2.5的移除效率不低于96％。
4.根据权利要求3所述的PM2.5过滤纱窗，其特征在于，所述聚合物纤维是由包括聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、尼龙、聚乙烯醇、聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯酸、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯酸、聚乙烯醇缩丁醛以及聚对苯二甲酸乙二醇酯的至少之一形成的。
5.一种制备用于纱窗的PM2.5过滤膜的方法，其特征在于，包括：
对聚合物溶液进行气纺，以便形成所述用于纱窗的PM2.5过滤膜，
所述气纺的喷气压力为0.001MPa-100Mpa，
所述PM2.5过滤膜的厚度为500nm～20μm，
所述PM2.5过滤膜的透光率为80％～72％，
所述PM2.5过滤膜对PM2.5的移除效率为不低于96％。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述聚合物溶液聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、尼龙、聚乙烯醇、聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯酸、聚苯乙烯、聚氯乙烯以及聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯酸、聚乙烯醇缩丁醛的至少之一，
所述聚合物溶液的溶剂包括水、甲醇、乙醇、乙醚、乙腈、丙酮、丁酮、二甲基亚砜、石油醚、丁醇、丙醇、乙二醇、汽油、异丁醇、二氯甲烷、二氯化乙烯、四氢呋喃、甲苯、对二甲苯、氯苯、环戊烷、三氟乙酸、乙酸、四氯化碳、丙酮、乙二醇乙二醚、异丙醇以及二甲基甲酰胺的至少之一。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述气纺进一步包括：
(1)提供基板；
(2)将所述聚合物溶液供给至气纺喷口，并向所述气纺喷口供给载气，以便所述聚合物溶液在所述载气的作用下由所述气纺喷口喷出，所述气纺喷口与所述基板相对设置且所述气纺喷口的直径范围为10μm-5cm，以便在所述基板上形成所述用于纱窗的PM2.5过滤膜。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)进一步包括：沿垂直于所述聚合物溶液喷出的方向，移动所述基板。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(2)进一步包括：
将所述聚合物溶液供给至多个所述气纺喷口，所述多个气纺喷口沿同一直线排列，所述多个气纺喷口与所述基板相对设置。
10.一种制备用于纱窗的PM2.5过滤膜的方法，其特征在于，包括：
(1)提供基板；
(2)将聚合物溶液供给至气纺喷口，所述气纺喷口与所述基板相对设置，并向所述气纺喷口供给载气，以便所述聚合物溶液在所述载气的作用下由所述气纺喷口喷出，以便在所述基板上形成所述用于纱窗的PM2.5过滤膜，
其中，所述聚合物溶液包括聚丙烯腈或者聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯的N，N二甲基甲酰胺溶液，尼龙的甲酸溶液或者聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液，
所述气纺喷口处的载气压力为0.001MPa-100MPa，所述聚合物溶液供给至所述气纺喷口的流速为0.001m/s-10m/s，所述PM2.5过滤膜的厚度为500nm～20μm，
所述PM2.5过滤膜的透光率为80％～72％，
所述PM2.5过滤膜对PM2.5的移除效率为不低于96％。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，步骤(2)进一步包括：
固定所述气纺喷口，沿垂直于所述聚合物溶液喷出的方向，令所述基板匀速移动。
CN201611110519.0A 2016-12-02 2016-12-02 Pm2.5过滤膜、制备方法以及pm2.5过滤纱窗 Active CN106693557B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611110519.0A CN106693557B (zh) 2016-12-02 2016-12-02 Pm2.5过滤膜、制备方法以及pm2.5过滤纱窗

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611110519.0A CN106693557B (zh) 2016-12-02 2016-12-02 Pm2.5过滤膜、制备方法以及pm2.5过滤纱窗

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106693557A CN106693557A (zh) 2017-05-24
CN106693557B true CN106693557B (zh) 2020-01-21

Family

ID=58937519

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611110519.0A Active CN106693557B (zh) 2016-12-02 2016-12-02 Pm2.5过滤膜、制备方法以及pm2.5过滤纱窗

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106693557B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109621919A (zh) * 2019-01-02 2019-04-16 天长市东安防护用品有限公司 一种含高分子吸附材料的过滤口罩及其制备方法
CN111998460A (zh) * 2020-08-28 2020-11-27 南京亘丰环境工程有限公司 一种净化效率高的空气处理系统
CN111974120A (zh) * 2020-08-31 2020-11-24 南京亘丰环境工程有限公司 一种高效pm2.5过滤膜及其加工工艺

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN205000880U (zh) * 2015-09-21 2016-01-27 吴睿 防pm2.5纳米纱窗
CN105624922A (zh) * 2015-11-06 2016-06-01 绿纳科技有限责任公司 一种具有pm2.5细颗粒过滤功能的透明纱网的制备方法
CN106048783A (zh) * 2016-05-30 2016-10-26 天津工业大学 一种高效制备钛基‑碳三维卷曲纳米纤维的方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN205000880U (zh) * 2015-09-21 2016-01-27 吴睿 防pm2.5纳米纱窗
CN105624922A (zh) * 2015-11-06 2016-06-01 绿纳科技有限责任公司 一种具有pm2.5细颗粒过滤功能的透明纱网的制备方法
CN106048783A (zh) * 2016-05-30 2016-10-26 天津工业大学 一种高效制备钛基‑碳三维卷曲纳米纤维的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106693557A (zh) 2017-05-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhang et al. Structural design and environmental applications of electrospun nanofibers
Deng et al. Hierarchical fiber with granular-convex structure for highly efficient PM2. 5 capture
US10208331B2 (en) Fiber sampler for recovery of bioaerosols and particles
Jiang et al. Electrospun soy‐protein‐based nanofibrous membranes for effective antimicrobial air filtration
CN106693557B (zh) Pm2.5过滤膜、制备方法以及pm2.5过滤纱窗
US7789930B2 (en) Particle filter system incorporating nanofibers
CN109731483B (zh) 一种多维度亲疏水结构复合纳米纤维膜及其制备方法
US20110174158A1 (en) Particle filter system incorporating electret nanofibers
CN108295675B (zh) 一种基于聚丙烯腈/氧化石墨烯/茶多酚复合物的抗菌空气滤膜及其制备方法
CN106110762B (zh) 一种高效过滤空气颗粒物的材料及制备方法
Yan et al. The formation of ultrafine polyamide 6 nanofiber membranes with needleless electrospinning for air filtration
CN114100385B (zh) 疏水性复合纳米纤维空气过滤膜制备方法
CN204147696U (zh) 空气净化器
WO2008054104A1 (en) Filter matter for air cleaning, filter made of the same, and method for making the same
CN114367149B (zh) 一种滤材及其制备方法和应用
CN107177934B (zh) 一种高透光防尘纱窗材料及纱窗的制备方法
Pang et al. Ultralight ethyl cellulose-based electret fiber membrane for low-resistance and high-efficient capture of PM2. 5
CN108771976A (zh) 一种基于静电纺丝制备纤维膜抑菌过滤pm2.5并降解有机染料的方法
Du et al. High performance anti‐smog window screens via electrospun nanofibers
KR20190123010A (ko) 미세먼지 차단용 필터 제조 방법
Alia et al. Advances in air filters based on electrospun nanofibers
Li et al. Electrospun PA6 multi-stage structured nanofiber membrane with high filtration performance for oily particles
CN111364163B (zh) 串珠状聚丙烯腈纤维过滤滤芯及其制备方法和应用
JP2011052359A (ja) 三次元構造体を含む複合構造体および該構造体を使用したフィルタ
CN107574582A (zh) 一种基于电纺技术的透光滤膜制备方法及滤膜

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant