CN107158845A - 一种有吸附性的空气过滤膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有吸附性的复合空气过滤膜及其制备方法，该复合空气过滤膜包括超薄静电纺纳米纤维层和超薄吸附层；超薄静电纺纳米纤维层的厚度为500～2000nm，超薄吸附层的厚度为10～1000nm；超薄静电纺纳米纤维层包括抗菌剂15～30份；聚合物 12～20份；添加剂1～3份；溶剂200～300份；超薄吸附层包括以下按重量份的原料：氯甲基苯乙烯5～25份；二乙烯基苯10～30份；聚乙烯醇水溶液150～300份；氯化铝1～3份；氯化铁1～5份；羟基苯甲酸20～150份。本发明使过滤膜在保证过滤效果的同时，通气性好，气体通过的阻力小。
Description
技术领域
本发明涉及空气净化技术领域，尤其是涉及一种有吸附性的空气过滤膜及其制备方法。
背景技术
气体过滤膜一般都是布状的滤纸，根据不同的应用场合会制作成囊式、折叠、卷式等过滤滤材。现有的气体过滤膜过滤层材质主要有：聚丙烯（PP）、聚四氟乙烯（PTFE）、聚乙烯（PE）、聚偏氟乙烯（PVDF）等，气体过滤膜主要有基材和过滤层复合而成，常用的复合工艺是热熔胶粘接，其基材主要由聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸乙二酯（PET）、聚乙烯（PE）等材质制成的无纺布。
近年来，我国空气污染愈发严重，人们对空气污染的关注度也越来越高,特别是近期出现的连续大范围雾霾天气更加促进了老百姓对空气质量的担忧。空气质量的恶化已经严重影响了人们的日常生活，PM2.5成为每日必须检测的项目。
同时，室内空气充斥着颗粒物、甲醛、总挥发性有机物(TVOC)、细菌、病毒、过敏源、异味气体、放射源等各种污染物,被列入对公众健康影响最大的五个环境因素之一。空气污染对人类健康危害已成为全世界共同面临的难题，为了更加有效地净化空气，还人们一个洁净环保的生活居住环境，空气净化技术得到了人们的高度关注。
现有技术中，专业过滤装置的关键部件是吸附材料，现有的吸附材料有活性炭、活性氧化铝、硅胶、沸石和纳米级二氧化钛等，在空气净化行业，最常用的是活性炭。活性炭是用有机含碳材料炭化、活化而成的，其具有发达的空隙结构，绝大部分孔径＜0.05μm；且比表面积高达1000～2000m2/g。但现有的吸附材料在保证过滤效果的同时，通气性差，气体通过的阻力大，造成无法长时间使用。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的问题，提供一种有吸附性的复合空气过滤膜及其制备方法，过滤效果好，同时透气性好，且成本低，工艺流程简单，以解决现有技术中导致的上述多项缺陷。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：
一种有吸附性的复合空气过滤膜，包括超薄静电纺纳米纤维层和超薄吸附层；所述超薄静电纺纳米纤维层的厚度为500～2000nm，所述超薄吸附层的厚度为10～1000nm；
所述超薄静电纺纳米纤维层包括以下按重量份的原料：
抗菌剂 15～30份；
聚合物 12～20份；
添加剂 1～3份；
溶剂 200～300份；
所述聚合物为聚丙交酯颗粒、聚乙烯醇、聚丙烯、聚羟基脂肪酸脂、聚羟基丁酸酯和大豆蛋白中的一种或几种；
所述抗菌剂为纳米银、甲壳素、芥末、蓖麻油和山梨酸钾中的一种或几种；
所述溶剂为水和乙醇、甲酸、丙酮、二甲基甲酰胺及醋酸中的一种或几种；
所述添加剂为氯化钙、十二烷基苯磺酸钠及十六烷基三甲基氯化铵中的一种或几种；
所述超薄吸附层包括以下按重量份的原料：
氯甲基苯乙烯 5～25份；
二乙烯基苯 10～30份；
聚乙烯醇水溶液 150～300份；
氯化铝 1～3份；
氯化铁 1～5份；
羟基苯甲酸 20～150份。
优选的，所述超薄静电纺纳米纤维层包括以下按重量份的原料：
抗菌剂 25～30份；
聚合物 12～20份；
添加剂 1～2份；
溶剂 200～250份；
所述聚合物为聚丙交酯颗粒、聚乙烯醇、聚丙烯、和大豆蛋白中的一种或几种；
所述抗菌剂为纳米银、甲壳素和山梨酸钾中的一种或几种；
所述溶剂为水和乙醇、甲酸中的一种或几种；
所述添加剂为氯化钙。
优选的，所述超薄吸附层包括以下按重量份的原料：
氯甲基苯乙烯 10～20份；
二乙烯基苯 15～25份；
聚乙烯醇水溶液 200～250份；
氯化铝 1～2份；
氯化铁 1～2份；
羟基苯甲酸 50～100份。
一种有吸附性的复合空气过滤膜的制备方法，包括以下步骤：
（1）制备超薄静电纺纳米纤维层；
将抗菌剂、聚合物、添加剂在溶剂中均匀混合，在40～49℃的环境下静置5～10小时；再次搅拌均匀，在40～45℃的环境下静置0.5～1小时，得到共混溶液；将共混溶液通过静电纺丝将纳米纤维纺到无纺布表面，即得到超薄静电纳米纤维层；
（2）制备超薄吸附溶体；
将氯甲基苯乙烯、二乙烯基苯和过氧化苯甲酰在聚乙烯醇水溶液中反应，得到第一反应产物，所述聚乙烯醇水溶液的质量浓度为0.2～0.8wt％；
将第一反应产物在70～90℃下在有机溶剂中溶胀，加入氯化铝和氯化铁反应后得到第二反应产物；
将所述第二反应产物与羟基苯甲酸在70～90℃下反应，得到吸附溶体；
（3）将上述吸附溶体喷涂在超薄静电纺纳米纤维层表面，喷涂厚度为10～1000nm，得到本发明半成品；
（4）将步骤（3）中的半成品在50℃～100℃下进行烘干，得到具有吸附性的复合空气过滤膜。
优选的，所述有机溶剂为硝基苯。
优选的，所述纳米纤维的克重为0.1～100g/m2，纳米纤维直径为50nm～1000nm，纤维呈无规则排列或有规则排列。
优选的，所述静电纺丝室内温度为0℃～70℃，湿度≤80％。
优选的，所述无纺布为纺粘无纺布、熔喷无纺布、针刺无纺布、水刺无纺布、竹炭纤维无纺布、负离子纳米无纺布、纳米银离子无纺布中一种或一种以上组合。
本发明与现有技术相比，具有如下的有益效果：将吸附溶体喷涂在超薄静电纺纳米纤维层表面，使本发明对PM2.5等空气污染颗粒有吸附作用，超薄静电纺纳米纤维层使本发明具有良好的过滤性能，超薄的设计使本发明透气性良好；实现过滤膜在保证过滤效果的同时，通气性好，气体通过的阻力小。本发明制备过程简单，成本低廉，对设备要求低，使用低毒或无毒的溶剂，适合规模化生产；不仅可应用于空气净化器，还可用于口罩过滤部件、空调过滤器等其他过滤设备上。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例１
一种有吸附性的复合空气过滤膜，包括超薄静电纺纳米纤维层和超薄吸附层；其中，超薄静电纺纳米纤维层的厚度为500nm，所述超薄吸附层的厚度为10nm。
超薄静电纺纳米纤维层由以下重量份原料组成：
纳米银 10克；
甲壳素 5克；
聚丙交酯颗粒 12克；
氯化钙 1克；
水和乙醇的混合溶液 200克；
超薄吸附层由以下重量份原料组成：
氯甲基苯乙烯 15克；
二乙烯基苯 15克；
聚乙烯醇水溶液 200克；
氯化铝 1克；
氯化铁 1克；
羟基苯甲酸 50克。
有吸附性的复合空气过滤膜的制备方法，包括以下步骤：
（1）制备超薄静电纺纳米纤维层；
将抗菌剂、聚合物、添加剂在溶剂中均匀混合，在40℃的环境下静置5小时；再次搅拌均匀，在40℃的环境下静置0.5小时，得到共混溶液；将共混溶液通过静电纺丝将纳米纤维纺到竹炭纤维无纺布表面，即得到超薄静电纳米纤维层；纳米纤维的克重为10g/m2，纳米纤维直径为50nm～1000nm，纤维呈无规则排列或有规则排列；静电纺丝室内温度控制在0℃～70℃，湿度≤80％；
（2）制备超薄吸附溶体；
将氯甲基苯乙烯、二乙烯基苯和过氧化苯甲酰在聚乙烯醇水溶液中反应，得到第一反应产物，所述聚乙烯醇水溶液的质量浓度为0.2wt％；
将第一反应产物在70℃下在有机溶剂硝基苯中溶胀，加入氯化铝和氯化铁反应后得到第二反应产物；
将所述第二反应产物与羟基苯甲酸在70℃下反应，得到吸附溶体；
（3）将上述吸附溶体喷涂在超薄静电纺纳米纤维层内表面，喷涂厚度为200nm，得到本发明半成品；
（4）将步骤（3）中的半成品在50℃下进行烘干，得到具有吸附性的复合空气过滤膜。
实施例2
一种有吸附性的复合空气过滤膜，包括超薄静电纺纳米纤维层和超薄吸附层；其中，超薄静电纺纳米纤维层的厚度为2000nm，超薄吸附层的厚度为1000nm。
超薄静电纺纳米纤维层由以下重量份原料组成：
甲壳素 20克；
山梨酸钾 10克；
聚丙交酯颗粒 8克；
聚羟基丁酸酯 2克；
大豆蛋白 10克；
氯化钙 1克；
十二烷基苯磺酸钠 1克；
水及乙醇、甲酸、醋酸混合液 250克；
超薄吸附层由以下重量份原料组成：
氯甲基苯乙烯 20克；
二乙烯基苯 25克；
聚乙烯醇水溶液 200克；
氯化铝 3克；
氯化铁 2克；
羟基苯甲酸 100克。
有吸附性的复合空气过滤膜的制备方法，包括以下步骤：
（1）制备超薄静电纺纳米纤维层；
将抗菌剂、聚合物、添加剂在溶剂中均匀混合，在49℃的环境下静置10小时；再次搅拌均匀，在45℃的环境下静置1小时，得到共混溶液；将共混溶液通过静电纺丝将纳米纤维纺到纳米银离子无纺布表面，即得到超薄静电纳米纤维层；纳米纤维的克重为100g/m2，纳米纤维直径为1000nm，纤维呈无规则排列或有规则排列；静电纺丝室内温度控制在70℃，湿度≤80％。
（2）制备超薄吸附溶体；
将氯甲基苯乙烯、二乙烯基苯和过氧化苯甲酰在聚乙烯醇水溶液中反应，得到第一反应产物，所述聚乙烯醇水溶液的质量浓度为0.8wt％；
将第一反应产物在90℃下在有机溶剂硝基苯中溶胀，加入氯化铝和氯化铁反应后得到第二反应产物；
将所述第二反应产物与羟基苯甲酸在90℃下反应，得到吸附溶体；
（3）将上述吸附溶体喷涂在超薄静电纺纳米纤维层内表面，喷涂厚度为1000nm，得到本发明半成品；
（4）将步骤（3）中的半成品在100℃下进行烘干，得到具有吸附性的复合空气过滤膜。
实施例3
一种有吸附性的复合空气过滤膜，包括超薄静电纺纳米纤维层和超薄吸附层；其中，超薄静电纺纳米纤维层的厚度为1500nm，所述超薄吸附层的厚度为500nm。
超薄静电纺纳米纤维层由以下重量份原料组成：
纳米银 8克；
甲壳素 8克；
芥末 7克；
山梨酸钾抗菌剂 7克；
聚丙交酯颗粒 8克；
聚乙烯醇 3克；
聚羟基脂肪酸脂 4克；
大豆蛋白 5克；
氯化钙 1克；
十六烷基三甲基氯化铵 2克；
水、甲酸、丙酮、醋酸的混合液 300克；
超薄吸附层由以下重量份原料组成：
氯甲基苯乙烯 15克；
二乙烯基苯 20克；
聚乙烯醇水溶液 230克；
氯化铝 1克；
氯化铁 2克；
羟基苯甲酸 80克。
一种有吸附性的复合空气过滤膜的制备方法，包括以下步骤：
（1）制备超薄静电纺纳米纤维层；
将抗菌剂、聚合物、添加剂在溶剂中均匀混合，在45℃的环境下静置8小时；再次搅拌均匀，在43℃的环境下静置0.8小时，得到共混溶液；将共混溶液通过静电纺丝将纳米纤维纺到水刺无纺布表面，即得到超薄静电纳米纤维层；纳米纤维的克重为50g/m2，纳米纤维直径为300nm～600nm，纤维呈无规则排列或有规则排列；静电纺丝室内温度控制在0℃～70℃，湿度≤80％。
（2）制备超薄吸附溶体；
将氯甲基苯乙烯、二乙烯基苯和过氧化苯甲酰在聚乙烯醇水溶液中反应，得到第一反应产物，所述聚乙烯醇水溶液的质量浓度为0.5wt％；
将第一反应产物在80℃下在有机溶剂硝基苯中溶胀，加入氯化铝和氯化铁反应后得到第二反应产物；
将所述第二反应产物与羟基苯甲酸在80℃下反应，得到吸附溶体；
（3）将上述吸附溶体喷涂在超薄静电纺纳米纤维层内表面，喷涂厚度为600nm，得到本发明半成品；
（4）将步骤（3）中的半成品在80℃下进行烘干，得到具有吸附性的复合空气过滤膜。
申请人采用得到的空气过滤膜进行空气过滤实验，实验结果如下表1所示：
| 实验项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 吸气阻力 | 53～65Pa | 20～33Pa | 36～51Pa |
| 甲醛过滤效率 | >98.2% | >99.8% | >99% |
| 苯过滤效率 | >98.6% | >99.6% | >99% |
| 氨过滤效率 | >98.1% | >98.5% | >98.3% |
| PM2.5过滤效率 | >99.1% | >99.9% | >99.6% |
| PM10过滤效率 | >98.7% | >98.94% | >98.85% |
表1
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种有吸附性的复合空气过滤膜，其特征在于，包括超薄静电纺纳米纤维层和超薄吸附层；所述超薄静电纺纳米纤维层的厚度为500～2000nm，所述超薄吸附层的厚度为10～1000nm；
所述超薄静电纺纳米纤维层包括以下按重量份的原料：
抗菌剂 15～30份；
聚合物 12～20份；
添加剂 1～3份；
溶剂 200～300份；
所述聚合物为聚丙交酯颗粒、聚乙烯醇、聚丙烯、聚羟基脂肪酸脂、聚羟基丁酸酯和大豆蛋白中的一种或几种；
所述抗菌剂为纳米银、甲壳素、芥末、蓖麻油和山梨酸钾中的一种或几种；
所述溶剂为水和乙醇、甲酸、丙酮、二甲基甲酰胺及醋酸中的一种或几种；
所述添加剂为氯化钙、十二烷基苯磺酸钠及十六烷基三甲基氯化铵中的一种或几种；
所述超薄吸附层包括以下按重量份的原料：
氯甲基苯乙烯 5～25份；
二乙烯基苯 10～30份；
聚乙烯醇水溶液 150～300份；
氯化铝 1～3份；
氯化铁 1～5份；
羟基苯甲酸 20～150份。
2.根据权利要求1所述的一种有吸附性的复合空气过滤膜，其特征在于，所述超薄静电纺纳米纤维层包括以下按重量份的原料：
抗菌剂 25～30份；
聚合物 12～20份；
添加剂 1～2份；
溶剂 200～250份；
所述聚合物为聚丙交酯颗粒、聚乙烯醇、聚丙烯、和大豆蛋白中的一种或几种；
所述抗菌剂为纳米银、甲壳素和山梨酸钾中的一种或几种；
所述溶剂为水和乙醇、甲酸中的一种或几种；
所述添加剂为氯化钙。
3.根据权利要求1所述的一种有吸附性的复合空气过滤膜，其特征在于，所述超薄吸附层包括以下按重量份的原料：
氯甲基苯乙烯 10～20份；
二乙烯基苯 15～25份；
聚乙烯醇水溶液 200～250份；
氯化铝 1～2份；
氯化铁 1～2份；
羟基苯甲酸 50～100份。
4.一种如权利要求1所述的有吸附性的复合空气过滤膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）制备超薄静电纺纳米纤维层；
将抗菌剂、聚合物、添加剂在溶剂中均匀混合，在40～49℃的环境下静置5～10小时；再次搅拌均匀，在40～45℃的环境下静置0.5～1小时，得到共混溶液；将共混溶液通过静电纺丝将纳米纤维纺到无纺布表面，即得到超薄静电纳米纤维层；
（2）制备超薄吸附溶体；
将氯甲基苯乙烯、二乙烯基苯和过氧化苯甲酰在聚乙烯醇水溶液中反应，得到第一反应产物，所述聚乙烯醇水溶液的质量浓度为0.2～0.8wt％；
将第一反应产物在70～90℃下在有机溶剂中溶胀，加入氯化铝和氯化铁反应后得到第二反应产物；
将所述第二反应产物与羟基苯甲酸在70～90℃下反应，得到吸附溶体；
（3）将上述吸附溶体喷涂在超薄静电纺纳米纤维层表面，喷涂厚度为10～1000nm，得到本发明半成品；
（4）将步骤（3）中的半成品在50℃～100℃下进行烘干，得到具有吸附性的复合空气过滤膜。
5.根据权利要求4所述的复合空气过滤膜的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为硝基苯。
6.根据权利要求4所述的复合空气过滤膜的制备方法，其特征在于，所述纳米纤维的克重为0.1～100g/m2，纳米纤维直径为50nm～1000nm，纤维呈无规则排列或有规则排列。
7.根据权利要求4所述的复合空气过滤膜的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝室内温度为0℃～70℃，湿度≤80％。
8.根据权利要求4所述的复合空气过滤膜的制备方法，其特征在于，所述的无纺布为纺粘无纺布、熔喷无纺布、针刺无纺布、水刺无纺布、竹炭纤维无纺布、负离子纳米无纺布、纳米银离子无纺布中一种或一种以上组合。
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