CN108505388B - 一种可调控混合纳米纤丝过滤纸及其制备方法与应用 - Google Patents

一种可调控混合纳米纤丝过滤纸及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可调控混合纳米纤丝过滤纸及其制备方法与应用。该方法包括如下步骤：(1)分别配制质量浓度为0.1％～15％的植物纤维素纸浆A、B、C，然后分别采用超微粒粉碎机进行研磨，得到植物微纳米纤丝A、B、C；其中，超微粒粉碎机的间隙为‑200μm～150μm，研磨的周期为1～70，转速为100r/min～2500r/min；且植物纤维素纸浆A、B、C研磨时超微粒粉碎机的间隙、研磨的周期以及转速不完全相同；(2)将植物微纳米纤丝A、B和C混合均匀后进行纸张抄造，得到可调控混合纳米纤丝过滤纸。本发明中可以通过改变三种纳米纤丝的比例来调节过滤纸的空隙率和孔径的大小，以满足不同产品的要求。

Description

一种可调控混合纳米纤丝过滤纸及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于过滤材料领域，特别涉及一种可调控混合纳米纤丝过滤纸及其制备方法与应用。
背景技术
随着时代的发展，科学技术水平的不断提高，人们对过滤材料的种类和数量需求不断增加，而且对过滤材料的材种也提出了更高的要求。现在已经大量研发出了各种用途的过滤材料，如中国专利申请CN103706182 A公开了一种球线组合型复合纤维空气过滤材料的制备方法，该技术是将二氧化硅微球加入到聚砜纺丝液中，经过静电纺丝制备成球线组合型纳米纤维膜；中国专利申请CN105903271 A公开了一种可调控混合纳米结构纤维复合过滤材料的制备方法，主要方法是将在线复合而成的多孔纳米纤维，串珠纤维复合膜与无纺布基材通过胶黏而制成，提高了过滤效率和降低了过滤过程的阻力。这两种过滤方法的工艺过程比较复杂，空隙率的大小一定，只能适用于一定粒径的微粒过滤。不利于产生多种过滤要求产品时的工艺要求调控，过滤材料的制备过程中加入了各种试剂，使用完后容易造成环境的污染。
发明内容
本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供可调控混合纳米纤丝过滤纸的制备方法
本发明的另一目的在于提供所述方法制备得到的可调控混合纳米纤丝过滤纸。
本发明的又一目的在于提供所述可调控混合纳米纤丝过滤纸的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种可调控混合纳米纤丝过滤纸的制备方法，包括如下步骤：
(1)分别配制质量浓度为0.1％～15％的植物纤维素纸浆A、B、C，然后分别采用超微粒粉碎机进行研磨，得到植物微纳米纤丝A、B、C；其中，超微粒粉碎机的间隙为-200μm～150μm，研磨的周期为1～70，转速为100r/min～2500r/min；且植物纤维素纸浆A、B、C研磨时超微粒粉碎机的间隙、研磨的周期以及转速不完全相同；
(2)将步骤(1)中得到的植物微纳米纤丝A、B和C混合均匀后进行纸张抄造，得到可调控混合纳米纤丝过滤纸。
步骤(1)中所述的植物微纳米纤丝A优选为通过如下方法制备得到：将植物纤维素纸浆配制成质量浓度为0.1％～15％的纸浆，然后采用超微粒粉碎机进行研磨，得到植物微纳米纤丝A；其中，超微粒粉碎机的间隙为0.1μm～150μm，转速为50r/min～1000r/min，研磨的周期为1～25。
步骤(1)中所述的植物微纳米纤丝B优选为通过如下方法制备得到：将植物纤维素纸浆配制成质量浓度为0.1％～15％的纸浆，然后采用超微粒粉碎机进行研磨，得到植物微纳米纤丝B；其中，超微粒粉碎机的间隙为-100μm～0.1μm，转速为1000r/min～1800r/min，研磨的周期为25～50。
所述的超微粒粉碎机的转速优选为1500r/min～1800r/min。
步骤(1)中所述的植物微纳米纤丝C优选为通过如下方法制备得到：将植物纤维素纸浆配制成质量浓度为0.1％～15％的纸浆，然后采用超微粒粉碎机进行研磨，得到植物微纳米纤丝C；其中，超微粒粉碎机的间隙为-200μm～-100μm，转速为1800r/min～2500r/min，研磨的周期为50～70。
所述的超微粒粉碎机的转速优选为2000r/min～2500r/min。
步骤(1)中所述的植物纤维素纸浆为不同植物纤维来源的纸浆；包括针叶木浆等。
步骤(1)中所述的植物纤维素纸浆A、B、C研磨时超微粒粉碎机的间隙、研磨的周期以及转速完全不相同，以制备得到分丝帚化程度不同的植物微纳米纤丝A、B、C。
步骤(2)中所述的植物微纳米纤丝A、B和C的质量比为(40～100)：(20～50)：(1～10)。
步骤(2)中所述的可调控混合纳米纤丝过滤纸的定量为1～100g/m2；优选为10～70g/m2。
一种可调控混合纳米纤丝过滤纸，通过上述任一项所述的方法制备得到。
所述的可调控混合纳米纤丝过滤纸在空气污染处理、微生物过滤等领域中的应用。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
1、本发明以针叶木浆为原料配成一定质量浓度的纸浆，然后在不同间隙，不同周期和不同转速的超微粒粉碎机作用下，制备得到分丝帚化不同的植物微纳米纤丝，通过传统的抄纸方法制备出一种可调控孔隙率的植物微纳米纤丝过滤纸，在混抄的过程中通过改变三种纳米纤丝比例来调节空隙率和孔径的大小，在混抄的过程中，随着B浆和C浆含量的升高，植物微纳米纤丝过滤纸得孔径逐渐变小，当B浆的含量为50％，C浆的含量为10％时，植物微纳米纤丝过滤纸的孔径为0.1～10μm，孔隙率只有60％；纳米纤丝过滤纸的空隙率随着随着B浆和C浆含量的升高而逐渐减小，同理随着B浆和C浆的含量的减小，纳米纤丝过滤纸的空隙率不断增大，纳米纤丝过滤纸得孔径逐渐变小，当B浆含量为16.5％，C浆的含量为0.8％时，纳米纤丝过滤纸得孔径为40～100μm，通过改变B浆和C浆的含量来满足不同产品的要求。
2、本发明制备的可调控混合纳米纤丝过滤纸的空隙率和孔径的大小可以通过不同纳米纤丝的配比而调节，以适应不同产品的要求。另外由于纳米纤丝纵横交错，分丝帚化程度高，纤丝过滤纸具有干强度大，截留粒径范围广，过滤效果显著等特点，粒子(粒径大于1μm)过滤效率在80％以上，能够运用于空气污染处理领域，微生物过滤等领域。植物微纳米纤丝过滤纸的应用，拓宽了纸的应用领域，其工艺简单，原材料安全环保，不使用任何化学原料，对环境不会造成任何污染。
3、本发明使用不同分丝帚化的植物微纳米纤丝通过传统的抄纸方法制备出一种孔隙率可调控的植物微纳米纤丝过滤纸，拓宽了纸的应用领域，其工艺简单，原材料安全环保，不添加任何化学物质，对环境不会造成任何污染，同时能够过滤不同的微粒，适应不同产品的要求，主要应用在空气污染处理，微生物过滤等领域。
附图说明
图1为本发明中可调控混合纳米纤丝过滤纸的制备过程示意图。
图2为实施例4中制备的可调控混合纳米纤丝过滤纸的扫描电镜图；其中，图A为滤纸正面放大100倍的表面图，图B为滤纸正面放大500倍的微观图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
本发明制备方法中各起始原料可从市场购得或按照现有技术方法制备获得。针叶木桨购自河南惠宁贸易有限公司，氧化锌购买自麦克林公司，二氧化硅购自上海麦克林生化科技有限公司。
实施例1
一种植物微纳米纤丝过滤纸，其制备方法如下：
(1)以针叶木浆为原料配成质量浓度为0.1％的纸浆，然后在间隙为0.1μm，转速为100r/min的超微粒粉碎机(日本增幸产业株式会社，型号：MKCA6-2J)的作用下研磨5个周期，制备得到植物微纳米纤丝A。
(2)以针叶木浆为原料配成质量浓度为0.1％的纸浆，然后在间隙为-100μm，转速为1800r/min的超微粒粉碎机的作用下研磨25个周期，制备得到植物微纳米纤丝B。
(3)以针叶木浆为原料配成质量浓度为0.1％的纸浆，然后在间隙为-200μm，转速为1800r/min的超微粒粉碎机的作用下研磨70个周期，制备得到植物微纳米纤丝C。
(4)将植物微纳米纤丝A、B、C(三种不同分丝帚化的植物微纳米纤丝)按照100：50：1的质量比例配抄成定量为10g/m2纳米纤丝过滤纸。
用扫描电镜测得10g/m2纳米纤丝过滤纸的的孔径为8～50μm，取一张定量为10g/m2纳米纤丝过滤纸放置于抽滤瓶上，将总质量为0.02g，粒径为200nm氧化锌颗粒和粒径为1μm的二氧化硅颗粒分别均匀的分散到1000ml的去离子水中，然后进行抽滤。过滤效率分别为52％，88％，通过公式孔隙率＝(1-纸张密度/纤维素密度)*100％计算得到定量为10g/m2纤丝过滤纸的孔隙率87.5％。
实施例2
一种可调控混合纳米纤丝过滤纸，其制备方法如下：
(1)以针叶木浆为原料配成质量浓度为5％的纸浆，然后在间隙为150μm，转速为1000r/min的超微粒粉碎机的作用下研磨1个周期，制备得到纳米纤丝A。
(2)以针叶木浆为原料配成质量浓度为5％的纸浆，然后在间隙为0.1μm，转速为1500r/min的超微粒粉碎机的作用下研磨50个周期，制备得到纳米纤丝B。
(3)以针叶木浆为原料配成质量浓度为0.1％的纸浆，然后在间隙为-100μm，转速为2000r/min的超微粒粉碎机的作用下研磨50个周期的，制备得到纳米纤丝C。
(4)将纳米纤丝A，纳米纤丝B，纳米纤丝C三种不同分丝帚化的纳米纤丝按照40：20：3比例配抄成定量为30g/m2纳米纤丝过滤纸。
用扫描电镜测得30g/m2纳米纤丝过滤纸的的孔径为15～65μm，取一张定量为30g/m2纳米纤丝过滤纸放置于抽滤瓶上，将总质量为0.02g粒径为200nm氧化锌颗粒和粒径为1μm的二氧化硅颗粒分别均匀的分散到1000ml的去离子水中，然后进行抽滤，过滤效率分别为50％，83.5％，通过公式孔隙率＝(1-纸张密度/纤维素密度)*100％计算得到定量为30g/m2纤丝过滤纸的孔隙率82％。
实施例3
一种可调控混合纳米纤丝过滤纸，其制备方法如下：
(1)以针叶木浆为原料配成质量浓度为10％的纸浆，然后在间隙为100μm，转速为50r/min的超微粒粉碎机的的作用下研磨10个周，制备得到纳米纤丝A。
(2)以针叶木浆为原料配成质量浓度为10％的纸浆，然后在间隙为-50μm，转速为1500r/min的超微粒粉碎机的作用下研磨30个周期，制备得到纳米纤丝B。
(3)以针叶木浆为原料配成质量浓度为10％的纸浆，然后在间隙为-200μm，转速为2500r/min的超微粒粉碎机的作用下研磨50个周期，制备得到纳米纤丝C。
(4)将纳米纤丝A，纳米纤丝B，纳米纤丝C三种不同分丝帚化的纳米纤丝按照40：30：10比例配抄成定量为50g/m2纳米纤丝过滤纸。
用扫描电镜测得50g/m2纳米纤丝过滤纸的的孔径为1～30μm取一张定量为50g/m2纳米纤丝过滤纸放置于抽滤瓶上，将总质量为0.02g粒径为200nm氧化锌颗粒和粒径为1μm的二氧化硅颗粒分别均匀的分散到1000ml的去离子水中，然后进行抽滤，过滤效率分别为54％，89.5％，通过公式孔隙率＝(1-纸张密度/纤维素密度)*100％计算得到纤丝过滤纸的孔隙率75％。
实施例4
一种可调控混合纳米纤丝过滤纸，其制备方法如下：
(1)以针叶木浆为原料配成质量浓度为15％的纸浆，然后在间隙为150μm，转速为1000r/min的超微粒粉碎机的的作用下研磨20个周期，制备得到纳米纤丝A。
(2)以针叶木浆为原料配成质量浓度为15％的纸浆，然后在间隙为-80μm，转速为1800r/min的超微粒粉碎机的作用下研磨50个周期，制备得到纳米纤丝B。
(3)以针叶木浆为原料配成质量浓度为15％的纸浆，然后在间隙为-200μm，转速为2500r/min的超微粒粉碎机的作用下研磨70个周期，制备得到纳米纤丝C。
(4)将纳米纤丝A，纳米纤丝B，纳米纤丝C三种不同分丝帚的纳米纤丝按照40：50：10比例配抄成定量为70g/m2纳米纤丝过滤纸。
用扫描电镜测得70g/m2纳米纤丝过滤纸的的孔径为0.1～10μm，取一张定量为70g/m2纳米纤丝过滤纸放置于500ml的抽滤瓶上，将总质量为0.02g粒径为200nm氧化锌颗粒和粒径为11μm的二氧化硅颗粒分别均匀的分散到1000ml的去离子水中，然后进行抽滤，过滤效率分别为51.5％，98％，通过公式孔隙率＝(1-纸张密度/纤维素密度)*100％计算得到定量为70g/m2纤丝过滤纸的孔隙率60％。
实施例5
一种可调控混合纳米纤丝过滤纸，其制备方法如下：
(1)以针叶木浆为原料配成质量浓度为1％的纸浆，然后在间隙为150μm，转速为1000r/min的超微粒粉碎机的作用下研磨25个周期，制备得到纳米纤丝A。
(2)以针叶木浆为原料配成质量浓度为1％的纸浆，然后在间隙为-100μm，转速为1800r/min的超微粒粉碎机的作用下研磨25个周期，制备得到纳米纤丝B。
(3)以针叶木浆为原料配成质量浓度为1％的纸浆，然后在间隙为-200μm，转速为2000r/min的超微粒粉碎机的作用下研磨50个周期，制备得到纳米纤丝C。
(4)将纳米纤丝A，纳米纤丝B，纳米纤丝C三种不同分丝帚化的纳米纤丝按照100：20：1比例配抄成定量为70g/m2纳米纤丝过滤纸。
用扫描电镜测得70g/m2纳米纤丝过滤纸的的孔径为40～100μm取一张定量为70g/m2纳米纤丝过滤纸置于抽滤瓶上，将总质量为0.02g粒径为200nm氧化锌颗粒和粒径为1μm的二氧化硅分别均匀的分散到1000ml的去离子水中，然后进行抽滤，过滤效率分别为50％，89％，通过公式孔隙率＝(1-纸张密度/纤维素密度)*100％计算得到定量为70g/m2纤丝过滤纸的孔隙率92％。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种可调控混合纳米纤丝过滤纸的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)分别配制质量浓度为0.1％～15％的植物纤维素纸浆A、B、C，然后分别采用超微粒粉碎机进行研磨，得到植物微纳米纤丝A、B、C；其中，超微粒粉碎机的间隙为-200μm～150μm，研磨的周期为1～70，转速为100r/min～2500r/min；且植物纤维素纸浆A、B、C研磨时超微粒粉碎机的间隙、研磨的周期以及转速不完全相同；
(2)将步骤(1)中得到的植物微纳米纤丝A、B和C混合均匀后进行纸张抄造，得到可调控混合纳米纤丝过滤纸；
步骤(1)中所述的植物微纳米纤丝A通过如下方法制备得到：将植物纤维素纸浆配制成质量浓度为0.1％～15％的纸浆，然后采用超微粒粉碎机进行研磨，得到植物微纳米纤丝A；其中，超微粒粉碎机的间隙为0.1μm～150μm，转速为50r/min～1000r/min，研磨的周期为1～25；
步骤(1)中所述的植物微纳米纤丝B通过如下方法制备得到：将植物纤维素纸浆配制成质量浓度为0.1％～15％的纸浆，然后采用超微粒粉碎机进行研磨，得到植物微纳米纤丝B；其中，超微粒粉碎机的间隙为-100μm～0.1μm，转速为1000r/min～1800r/min，研磨的周期为25～50；
步骤(1)中所述的植物微纳米纤丝C通过如下方法制备得到：将植物纤维素纸浆配制成质量浓度为0.1％～15％的纸浆，然后采用超微粒粉碎机进行研磨，得到植物微纳米纤丝C；其中，超微粒粉碎机的间隙为-200μm～-100μm，转速为1800r/min～2500r/min，研磨的周期为50～70；
步骤(2)中所述的植物微纳米纤丝A、B和C的质量比为(40～100)：(20～50)：(1～10)。
2.根据权利要求1所述的可调控混合纳米纤丝过滤纸的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的植物纤维素纸浆为针叶木浆。
3.根据权利要求1所述的可调控混合纳米纤丝过滤纸的制备方法，其特征在于：
步骤(2)中所述的可调控混合纳米纤丝过滤纸的定量为1～100g/m2。
4.一种可调控混合纳米纤丝过滤纸，其特征在于：通过权利要求1～3任一项所述的方法制备得到。
5.权利要求4所述的可调控混合纳米纤丝过滤纸在空气污染处理或微生物过滤领域中的应用。
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