CN110237608A - 一种空气过滤材料及其制备方法与用途 - Google Patents

一种空气过滤材料及其制备方法与用途 Download PDF

Info

Publication number
CN110237608A
CN110237608A CN201910599345.6A CN201910599345A CN110237608A CN 110237608 A CN110237608 A CN 110237608A CN 201910599345 A CN201910599345 A CN 201910599345A CN 110237608 A CN110237608 A CN 110237608A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
filting material
air filting
electrostatic spinning
air
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.)
Pending
Application number
CN201910599345.6A
Other languages
English (en)
Inventor
岳仁亮
李玉
齐丛亮
吴傲立
尤胜胜
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.)
JIANGSU ZHONGKE RUISAI POLLUTION CONTROL ENGINEERING Co.,Ltd.
Institute of Process Engineering of CAS
Original Assignee
JIANGSU ZHONGKE RUISAI POLLUTION CONTROL ENGINEERING Co Ltd
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 JIANGSU ZHONGKE RUISAI POLLUTION CONTROL ENGINEERING Co Ltd filed Critical JIANGSU ZHONGKE RUISAI POLLUTION CONTROL ENGINEERING Co Ltd
Priority to CN201910599345.6A priority Critical patent/CN110237608A/zh
Publication of CN110237608A publication Critical patent/CN110237608A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

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
    • B01D46/0027—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours with additional separating or treating functions
    • B01D46/0032—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours with additional separating or treating functions using electrostatic forces to remove particles, e.g. electret filters
    • 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
    • B01D46/0027—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours with additional separating or treating functions
    • B01D46/0036—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours with additional separating or treating functions by adsorption or absorption
    • 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
    • B01D46/30—Particle separators, e.g. dust precipitators, using loose filtering material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/70—Organic compounds not provided for in groups B01D2257/00 - B01D2257/602
    • B01D2257/708—Volatile organic compounds V.O.C.'s

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Filtering Materials (AREA)
  • Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)

Abstract

本发明提供了一种空气过滤材料及其制备方法与用途，所述空气过滤材料包括基材层以及设置于基材层表面的至少一层复合层，所述复合层包括过滤层以及设置于过滤层一侧的功能层，过滤层为负载驻极体的纳米纤维层，功能层由纳米二氧化钛与纳米活性炭复合而成。所述空气过滤材料不仅能够过滤空气中的固体颗粒，还能够通过功能层吸附去除空气中的挥发性有机物。本发明提供的空气过滤材料的结构简单、尺寸可控，且通过对空气中污染物产生静电作用，提高了所述空气过滤材料的过滤效果，对PM2.5的过滤效率可达99.6％，而过滤阻力不超过55Pa，VOCs的过滤效率可达95.7％。

Description

一种空气过滤材料及其制备方法与用途
技术领域
本发明属于空气净化技术领域，涉及一种空气净化材料，尤其涉及一种空气过滤材料及其制备方法与用途。
背景技术
随着社会的进步以及科学技术的不断进步，环境污染尤其是空气污染问题日益严重。空气中的固体颗粒，尤其是PM2.5已经逐渐成为人们关注的焦点。其中，PM2.5是环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物，它本身是污染物，而且还可作为空气中重金属、多环芳烃等有毒、有害物质的良好载体，使上述有毒有害物质通过呼吸系统进入到人体的肺部和心血管系统，对呼吸系统和心血管系统造成严重伤害，增加了人们患肺癌等疾病的概率。
CN 108203861A公开了一种用于过滤空气中PM2.5的复合纤维膜，该复合纤维膜以EVA热熔胶网膜为基底，对EVA热熔胶网膜进行表面活化，利用静电纺丝的方法在EVA热熔胶网膜表面形成PET纤维层，然后在PET纤维层表面形成PA6纤维层，再在PA6纤维层表面形成PVA/PA6复合纤维层，再在PVA/PA6复合纤维层表面形成PVA纤维层以及在PVA纤维层表面形成PET纤维层，该复合纤维膜能够对空气中的PM2.5进行吸附，且力学性能高，但该纤维膜的结构复杂，不易制备，而且仅能对空气中的PM2.5进行吸附。
除此之外，空气中的挥发性有机物(VOCs)带来的危害也不容忽视。目前去除VOCs的方法包括催化降解法与吸附法，其中，催化降解法需要在高温下进行处理，吸附法能够在常温下对空气中的VOCs进行吸附处理，但处理效果有限，对空气中VOCs的去除效果较差。
例如，CN 207975659 U公开了一种蓄热式催化燃烧处理VOCs废气装置，包括VOCs废气处理仓，所述VOCs废气处理仓中设置有竖直分割壁和水平导热隔板，所述竖直分割壁将VOCs废气处理仓分割成催化处理部和预热蓄热部，所述水平导热隔板将所述预热蓄热部分割为废气预热腔和余热回收腔；VOCs废气处理仓朝向所述预热蓄热部的一端侧壁上设置有废气处理输入口和废气净化排气口，废气处理输入口连通所述废弃预热腔，废气净化排出口连通所述余热回收腔；催化处理部设置有催化燃烧处理床和催化燃烧加热体。
上述装置结构复杂，需要在高温下对VOCs废气进行催化热解处理，不适用于人们便携使用。
CN 108854429 A公开了一种VOCs去除系统，包括VOCs处理转轮，所述处理转轮分为四个扇区，分别为吸附区、冷却区、脱附区和预热区，通过所述冷却区的气体和/或通过所述脱附区的气体和/或通过了冷却区又通过了脱附区的气体，该装置使一部分带有废热的气体通过预热区，并利用该部分废热作为对VOCs处理转轮的余热，达到了节约能源的效果，但仍需要较大的空间对VOCs进行处理，且并未涉及对吸附效果的改善。
CN 105332093 A公开了一种具有过滤以及吸附双重功能的仿生复合纤维及其制备方法，该仿生复合纤维以活性炭纤维为基本骨架，在活性炭纤维上通过静电纺丝技术将纺丝溶液的纺丝纤维复合在其表面，制得纤维层，该仿生复合纤维利用静电纺丝技术结合仿生原理，能够过滤大气细颗粒物PM2.5和吸附常见挥发性有机污染物。但该仿生复合纤维仅能对空气中的污染物进行吸附，且成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种空气过滤材料及其制备方法和用途，所述空气过滤材料不仅能够过滤空气中的固体颗粒，还能够对空气中的挥发性有机物进行吸附去除。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种空气过滤材料，所述空气过滤材料包括基材层以及设置于基材层表面的至少一层复合层。
所述复合层包括过滤层以及设置于过滤层一侧的功能层。
所述过滤层为负载驻极体的纳米纤维层。
本发明采用负载有驻极体的纳米纤维层作为过滤层，纳米纤维具有均一的孔径、高孔隙率和比表面积，使纳米纤维与空气中的污染物之间有更多的有效接触因此具有很高的过滤效率。
而且，本发明的纳米纤维层为负载有驻极体的纳米纤维层，对纳米纤维进行充电，可使大量的电荷被捕获到纳米纤维的内部，提高纳米纤维的表面电势，降低电荷衰减率，使过滤层对空气中的污染物产生静电作用，提高了过滤净化能力。
优选地，所述复合层中的过滤层与所述基材层连接。
优选地，所述复合层的层数为1-6层，例如可以是1层、2层、3层、4层、5层或6层。复合层的层数越多，则对空气的净化效果越好，但过滤阻力会随之增大，为了实现对空气的净化效果，所述空气过滤材料至少设置有一层复合层，优选为2-4层。
优选地，所述基材层包括非织造布层、熔喷布层或针织布层中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括非织造布层与熔喷布层的组合，非织造布层与针织布层的组合，熔喷布层与针织布层的组合或非织造布层、熔喷布层与针织布层的组合，优选为非织造布。
优选地，所述非织造布层为聚丙烯非织造布层。
优选地，所述熔喷布层为PP熔喷布层。
优选地，所述针织布层为PP针织布层。
优选地，基材层的厚度为0.05-0.5mm，例如可以是0.05mm、0.1mm、0.15mm、0.2mm、0.25mm、0.3mm、0.35mm、0.4mm、0.45mm或0.5mm，优选为0.1-0.3mm。
优选地，所述过滤层的厚度为0.01-0.2mm，例如可以是0.01mm、0.02mm、0.03mm、0.05mm、0.08mm、0.1mm、0.12mm、0.15mm、0.18mm或0.2mm，优选为0.05-0.1mm。
优选地，所述功能层的厚度为0.01-0.4mm，例如可以是0.01mm、0.03mm、0.05mm、0.08mm、0.1mm、0.13mm、0.15mm、0.18mm、0.2mm、0.22mm、0.25mm、0.28mm、0.3mm、0.33mm、0.35mm、0.37mm或0.4mm，优选为0.05-0.2mm。
优选地，所述驻极体为电气石。
优选地，所述电气石的粒径D50为2-25nm，例如可以是2nm、5nm、8nm、10nm、12nm、15nm、18nm、20nm、22nm或25nm，优选为5-20nm。
优选地，所述负载驻极体的纳米纤维层中驻极体的质量分数为2-10wt％，例如可以是2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％或10wt％，优选为5-8wt％。
优选地，所述负载驻极体的纳米纤维层中纳米纤维的平均直径为50-500nm，例如可以是50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、120nm、140nm、160nm、180nm、200nm、250nm、300nm、350nm、400nm、450nm或500nm，优选为60-200nm。
本发明中纳米纤维层中纳米纤维的平均直径为50-500nm，该平均直径与空气中分子的平均自由程相当，由于滑脱效应的存在，使得过滤层的过滤阻力较低，有利于提高过滤效率。
优选地，所述功能层由纳米二氧化钛与纳米活性炭复合而成。
优选地，所述纳米二氧化钛的粒径D50为2-25nm，例如可以是2nm、5nm、8nm、10nm、12nm、15nm、18nm、20nm、22nm或25nm，优选为5-20nm。
优选地，所述纳米活性炭的粒径D50为10-30nm，例如可以是10nm、12nm、15nm、18nm、20nm、22nm、25nm、28nm或30nm，优选为15-25nm。
优选地，所述纳米二氧化钛与纳米活性炭的质量比为(1-5):(1-5)，例如可以是1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、2:1、2:3、2:5、3:1、3:2、3:4、3:5、4:1、4:3、4:5、5:1、5:2、5:3或5:4，优选为1:5。
本发明所述功能层由纳米活性炭与纳米二氧化钛复合而成，其中纳米活性炭具有超高的比表面积，纳米二氧化钛具有催化氧化作用。纳米活性炭与纳米二氧化钛相结合能够有效地吸附并去除空气中的挥发性有机物。
本发明所述过滤层为负载驻极体的纳米纤维层，纳米纤维层作为功能层的载体，提高了功能层与空气接触的面积与分散性。
本发明所述空气过滤材料的尺寸可控，应用领域广泛。
第二方面，本发明提供了一种如第一方面所述的空气过滤材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：根据所述空气过滤材料中复合层的层数，将所述复合层通过层层组装的方法设置于基材层的表面。
优选地，所述层层组装的方法包括如下步骤：
(1)通过静电纺丝的方法将过滤层复合在基材层的表面，然后在过滤层的表面喷涂功能层；
(2)根据复合层的层数，通过静电纺丝与喷涂的方法层层组装所述过滤层与功能层，干燥后得到所述空气过滤材料。
本发明通过静电纺丝的方法将过滤层复合在基材层的表面，过滤层为负载有电气石驻极体的纳米纤维层，在静电纺丝的过程中，每根纳米纤维都将大量的空间电荷捕获到纳米纤维的内部，在电气石驻极体的作用下，提高了纳米纤维的表面电势，降低了电荷衰减率，使负载有电气石的纳米纤维组成的过滤层对空气中的污染物产生静电作用，提高了空气净化效果。
优选地，通过静电纺丝的方法将过滤层复合在基材层的具体操作包括如下步骤：
(a)制备电气石粉，并将电气石粉与聚合物混合后得到的混合物溶解于溶剂中，超声分散后得到静电纺丝液；
(b)使用步骤(a)所得静电纺丝液进行静电纺丝，使负载驻极体的纳米纤维层复合于基材层的表面。
本发明所述制备电气石粉为将电气石、分散剂、去离子水按照质量比(50-80):1:(10-20)进行混合，对混合物进行研磨，然后喷雾干燥得到电气石粉。
优选地，所述研磨为在高速研磨机中进行研磨。
优选地，所述研磨的时间为2-10h，例如可以是2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h或10h。
优选地，所述分散剂包括六偏磷酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚丙烯酸钠、多聚磷酸钠中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括六偏磷酸钠与十二烷基苯磺酸钠的组合，十二烷基苯磺酸钠与聚丙烯酸钠的组合，聚丙烯酸钠与多聚磷酸钠的组合，十二烷基苯磺酸钠、聚丙烯酸钠与多聚磷酸钠的组合或六偏磷酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚丙烯酸钠与多聚磷酸钠的组合。
优选地，所述聚合物包括聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚乳酸或聚酰胺中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括聚乙烯醇与聚丙烯腈的组合，聚乙烯醇与聚乳酸的组合，聚乙烯醇与聚酰胺的组合，聚乙烯醇、聚丙烯腈与聚乳酸的组合，聚丙烯腈、聚乳酸与聚酰胺的组合或聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚乳酸与聚酰胺的组合。
优选地，所述溶剂包括二甲基甲酰胺、二甲基乙酰氨、二氯甲烷、甲酸或乙酸中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括二甲基甲酰胺与二甲基乙酰氨的组合，二甲基甲酰胺与二氯甲烷的组合，二甲基乙酰氨与甲酸的组合，二甲基甲酰胺、二甲基乙酰氨与二氯甲烷的组合，二甲基乙酰氨、二氯甲烷与甲酸的组合，二甲基甲酰胺、二氯甲烷、甲酸与乙酸的组合或二甲基甲酰胺、二甲基乙酰氨、二氯甲烷、甲酸与乙酸的组合。
优选地，所述电气石粉与聚合物的质量比为(0.01-0.1):1，例如可以是0.01:1、0.02:1、0.03:1、0.04:1、0.05:1、0.06:1、0.07:1、0.08:1、0.09:1或0.1:1，优选为(0.05-0.08):1。
优选地，所述聚合物与溶剂的质量比为(0.02-0.5):1，例如可以是0.02、0.05、0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.4、0.45或0.5，优选为(0.1-0.4):1。
优选地，所述静电纺丝时的正极电压为1-30KV，例如可以是1KV、2KV、3KV、4KV、5KV、6KV、7KV、8KV、9KV、10KV、15KV、20KV、25KV或30KV；负极电压为-5-0KV，例如可以是-5KV、-4KV、-3KV、-2KV、-1KV或0KV；接受距离为1-20cm，例如可以是1cm、2cm、3cm、4cm、5cm、6cm、7cm、8cm、9cm、10cm、11cm、12cm、13cm、14cm、15cm、16cm、17cm、18cm、19cm或20cm；静电纺丝液的推进速度为0.1-20mL/h，例如可以是0.1mL/h、1mL/h、2mL/h、3mL/h、4mL/h、5mL/h、8mL/h、10mL/h、12mL/h、15mL/h、18mL/h或20mL/h。
作为本发明第二方面所述制备方法的优选技术方案，所述制备方法包括如下步骤：
(I)制备电气石粉，并将聚合物与粒径D50为2-25nm的电气石粉混合后得到的混合物溶解于溶剂中，超声分散后得到静电纺丝液，所述聚合物与溶剂的质量比为(0.02-0.5):1；
(II)使用步骤(a)所得静电纺丝液进行静电纺丝，使厚度为0.01-0.2mm的负载驻极体的纳米纤维层复合于厚度为0.05-0.5mm的基材层的表面；
(III)按照质量比(1-5):(1-5)混合粒径D50为2-25nm的纳米二氧化钛与粒径D50为10-30nm的纳米活性炭，通过电喷雾技术将功能混合物负载于纳米纤维层的表面，所得功能层的厚度为0.01-0.4mm；
(IV)根据复合层的层数重复步骤(II)与步骤(III)，干燥使溶剂完全挥发后得到所述空气过滤材料。
第三方面，本发明提供了一种如第一方面所述的空气过滤材料用于过滤空气中PM2.5和/或挥发性有机物的用途。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明使用负载有驻极体的纳米纤维层作为过滤层，不仅可以降低空气过滤时的空气阻力，还能够通过驻极体带来的纳米纤维的静电作用提高过滤效果；
(2)本发明提供的空气过滤材料不仅能够过滤空气中的固体颗粒，还能够通过功能层吸附、去除空气中的挥发性有机物，且本发明提供的空气过滤材料的结构简单、尺寸可控，，对PM2.5的过滤效率可达99.6％，而过滤阻力不超过55Pa，VOCs的过滤效率可达95.7％；
(3)本发明通过静电纺丝的技术制备负载驻极体的纳米纤维层，使纳米纤维层能够捕获空间电荷，提高纳米纤维表面电势，降低了纳米纤维的电荷衰减率，使纳米纤维对空气中污染物产生静电作用，提高了所述空气过滤材料的过滤效果。
附图说明
图1为本发明提供的空气过滤材料的结构示意图。
图2为实施例1提供的空气过滤材料的结构示意图。
其中：1，基材层；2，过滤层；3，功能层。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
本发明提供了一种空气过滤材料，所述空气过滤材料的结构示意图如图1所示，包括基材层1以及设置于基材层1表面的至少一层复合层。
所述复合层包括过滤层2以及设置于过滤层2一侧的功能层3，与基材层1接触的复合层的过滤层2与基材层1连接，其余复合层中的过滤层2与相邻复合层中的功能层3连接。
所述基材层1包括非织造布层、熔喷布层或针织布层中的任意一种或至少两种的组合。
所述过滤层2为负载有2-10wt％电气石的纳米纤维层，所述功能层3由纳米二氧化钛与纳米活性炭复合而成，所述纳米二氧化钛与纳米活性炭的质量比为(1-5):(1-5)。
所述基材层1的厚度为0.05-0.5mm，所述过滤层2的厚度为0.01-0.2mm，所述功能层3的厚度为0.01-0.4mm。
实施例1
本实施例提供了一种空气过滤材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
1)将电气石、聚丙烯酸钠、去离子水按质量比为65:1:15放入高速研磨机，研磨6小时，浓缩并喷雾干燥后得粒径D50为10nm的电气石粉；
2)将聚酰胺与步骤1)所得电气石粉混合后得到的混合物溶解于甲酸中，所述电气石粉与聚酰胺的质量比为0.06:1，所述聚酰胺与甲酸的质量比为0.2:1，超声分散后得到静电纺丝液；
3)使用步骤2)所得静电纺丝液进行静电纺丝，使厚度为0.08mm的负载驻极体的纳米纤维层复合于基材层1的表面，所述纳米纤维层中的纳米纤维的平均直径为100nm，所述基材层1为厚度为0.2mm的PP针织布层；
4)按照质量比1:5混合粒径D50为10nm的纳米二氧化钛与粒径D50为20nm的纳米活性炭，通过电喷雾技术将功能混合物负载于纳米纤维层的表面，所得功能层3的厚度为0.1mm；
5)根据复合层的层数依次重复步骤3)与步骤4)，真空干燥使甲酸挥发完全后，得到具有3层复合层的述空气过滤材料。
本发明所得空气过滤材料的结构示意图如图2所示。
实施例2
本实施例提供了一种空气过滤材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
1)将电气石、十二烷基苯磺酸钠、去离子水按质量比为60:1:12放入高速研磨机，研磨4小时，浓缩并喷雾干燥后得粒径D50为20nm的电气石粉；
2)将聚乙烯醇与步骤1)所得电气石粉混合后得到的混合物溶解于二氯甲烷中，所述电气石粉与聚乙烯醇的质量比为0.05:1，所述聚乙烯醇与二氯甲烷的质量比为0.1:1，超声分散后得到静电纺丝液；
3)使用步骤2)所得静电纺丝液进行静电纺丝，使厚度为0.1mm的负载驻极体的纳米纤维层复合于基材层1的表面，所述纳米纤维层中的纳米纤维的平均直径为60nm，所述基材层1为厚度为0.3mm的聚丙烯非织造布层；
4)按照质量比1:3混合粒径D50为5nm的纳米二氧化钛与粒径D50为15nm的纳米活性炭，通过电喷雾技术将功能混合物负载于纳米纤维层的表面，所得功能层3的厚度为0.2mm；
5)根据复合层的层数依次重复步骤3)与步骤4)，真空干燥使二氯甲烷挥发完全后，得到具有3层复合层的空气过滤材料。
实施例3
本实施例提供了一种空气过滤材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
1)将电气石、六偏磷酸钠、去离子水按质量比为70:1:18放入高速研磨机，研磨8小时，浓缩并喷雾干燥后得粒径D50为5nm的电气石粉；
2)将聚丙烯腈与步骤1)所得电气石粉混合后得到的混合物溶解于二甲基乙酰氨中，所述电气石粉与聚丙烯腈的质量比为0.08:1，所述聚丙烯腈与二甲基乙酰氨的质量比为0.4:1，超声分散后得到静电纺丝液；
3)使用步骤2)所得静电纺丝液进行静电纺丝，使厚度为0.05mm的负载驻极体的纳米纤维层复合于基材层1的表面，所述纳米纤维层中的纳米纤维的平均直径为200nm，所述基材层1为厚度为0.1mm的PP熔喷布层；
4)按照质量比1:1混合粒径D50为20nm的纳米二氧化钛与粒径D50为25nm的纳米活性炭，通过电喷雾技术将功能混合物负载于纳米纤维层的表面，所得功能层3的厚度为0.05mm；
5)根据复合层的层数依次重复步骤3)与步骤4)，真空干燥使二甲基乙酰氨挥发完全后，得到具有3层复合层的空气过滤材料。
实施例4
本实施例提供了一种空气过滤材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
1)将电气石、多聚磷酸钠、去离子水按质量比为50:1:10放入高速研磨机，研磨2小时，浓缩并喷雾干燥后得粒径D50为25nm的电气石粉；
2)将聚乳酸与步骤1)所得电气石粉混合后得到的混合物溶解于乙酸中，所述电气石粉与聚乳酸的质量比为0.01:1，所述聚乳酸与乙酸的质量比为0.02:1，超声分散后得到静电纺丝液；
3)使用步骤2)所得静电纺丝液进行静电纺丝，使厚度为0.2mm的负载驻极体的纳米纤维层复合于基材层1的表面，所述纳米纤维层中的纳米纤维的平均直径为50nm，所述基材层1为厚度为0.5mm的PP针织布层；
4)按照质量比3:1混合粒径D50为2nm的纳米二氧化钛与粒径D50为10nm的纳米活性炭，通过电喷雾技术将功能混合物负载于纳米纤维层的表面，所得功能层3的厚度为0.4mm；
5)根据复合层的层数依次重复步骤3)与步骤4)，真空干燥使二甲基乙酰氨挥发完全后，得到具有3层复合层的空气过滤材料。
实施例5
本实施例提供了一种空气过滤材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
1)将电气石、聚丙烯酸钠、去离子水按质量比为80:1:20放入高速研磨机，研磨10小时，浓缩并喷雾干燥后得粒径D50为2nm的电气石粉；
2)将聚酰胺与步骤1)所得电气石粉混合后得到的混合物溶解于二甲基甲酰胺中，所述电气石粉与聚酰胺的质量比为0.1:1，所述聚酰胺与二甲基甲酰胺的质量比为0.5:1，超声分散后得到静电纺丝液；
3)使用步骤2)所得静电纺丝液进行静电纺丝，使厚度为0.01mm的负载驻极体的纳米纤维层复合于基材层1的表面，所述纳米纤维层中的纳米纤维的平均直径为500nm，所述基材层1为厚度为0.05mm的聚丙烯非织造布层；
4)按照质量比5:1混合粒径D50为25nm的纳米二氧化钛与粒径D50为30nm的纳米活性炭，通过电喷雾技术将功能混合物负载于纳米纤维层的表面，所得功能层3的厚度为0.01mm；
5)根据复合层的层数依次重复步骤3)与步骤4)，真空干燥使二甲基甲酰胺挥发完全后，得到具有3层复合层的空气过滤材料。
实施例6
本实施例提供了一种空气过滤材料的制备方法，除所得空气过滤材料具有1层复合层外，其余均与实施例1相同。
实施例7
本实施例提供了一种空气过滤材料的制备方法，除所得空气过滤材料具有4层复合层外，其余均与实施例1相同。
实施例8
本实施例提供了一种空气过滤材料的制备方法，除所得空气过滤材料具有6层复合层外，其余均与实施例1相同。
实施例9
本实施例提供了一种所述空气过滤材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
1)将聚酰胺与甲酸混合，所述聚酰胺与甲酸的质量比为0.2:1，超声分散后得到静电纺丝液；
2)使用步骤1)所得静电纺丝液进行静电纺丝，使厚度为0.08mm的纳米纤维层复合于基材层1的表面，所述纳米纤维层中的纳米纤维的平均直径为100nm，所述基材层1为厚度为0.2mm的PP针织布层；
3)按照质量比1:5混合粒径D50为10nm的纳米二氧化钛与粒径D50为20nm的纳米活性炭，通过电喷雾技术将功能混合物负载于纳米纤维层的表面，所得功能层3的厚度为0.1mm；
4)根据复合层的层数依次重复步骤2)与步骤3)，真空干燥使甲酸挥发完全后，得到具有3层复合层的述空气过滤材料。
实施例10
本实施例提供了一种所述空气过滤材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
1)将电气石、聚丙烯酸钠、去离子水按质量比为65:1:15放入高速研磨机，研磨6小时，浓缩并喷雾干燥后得粒径D50为10nm的电气石粉；
2)将聚酰胺与步骤1)所得电气石粉混合后得到的混合物溶解于甲酸中，所述电气石粉与聚酰胺的质量比为0.06:1，所述聚酰胺与甲酸的质量比为0.2:1，超声分散后得到静电纺丝液；
3)使用步骤2)所得静电纺丝液进行静电纺丝，使厚度为0.08mm的负载驻极体的纳米纤维层复合于基材层1的表面，所述纳米纤维层中的纳米纤维的平均直径为100nm，所述基材层1为厚度为0.2mm的PP针织布层；
4)通过电喷雾技术将粒径D50为10nm的纳米二氧化钛负载于纳米纤维层的表面，其中纳米二氧化钛的质量与实施例1中纳米二氧化钛以及纳米活性炭的总质量相同，所得功能层3的厚度为0.1mm；
5)根据复合层的层数依次重复步骤3)与步骤4)，真空干燥使甲酸挥发完全后，得到具有3层复合层的述空气过滤材料。
实施例11
本实施例提供了一种所述空气过滤材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
1)将电气石、聚丙烯酸钠、去离子水按质量比为65:1:15放入高速研磨机，研磨6小时，浓缩并喷雾干燥后得粒径D50为10nm的电气石粉；
2)将聚酰胺与步骤1)所得电气石粉混合后得到的混合物溶解于甲酸中，所述电气石粉与聚酰胺的质量比为0.06:1，所述聚酰胺与甲酸的质量比为0.2:1，超声分散后得到静电纺丝液；
3)使用步骤2)所得静电纺丝液进行静电纺丝，使厚度为0.08mm的负载驻极体的纳米纤维层复合于基材层1的表面，所述纳米纤维层中的纳米纤维的平均直径为100nm，所述基材层1为厚度为0.2mm的PP针织布层；
4)通过电喷雾技术将粒径D50为20nm的纳米活性炭负载于纳米纤维层的表面，其中纳米活性炭的质量与实施例1中纳米二氧化钛以及纳米活性炭的总质量相同，所得功能层3的厚度为0.1mm；
5)根据复合层的层数依次重复步骤3)与步骤4)，真空干燥使甲酸挥发完全后，得到具有3层复合层的述空气过滤材料。
对实施例1-11提供的空气过滤材料对PM2.5的过滤效率、过滤阻力以及VOCs过滤效率进行测量。其中，PM2.5的过滤效率与过滤阻力按照GB/T14295-2008的标准进行。
VOCs过滤效率的测量方法如下：在有机玻璃密封仓内放置简易的甲苯发生装置、甲苯快速检测装置以及实施例1-11提供的空气过滤材料，甲苯的初始浓度为0.8mg/Nm3，测量过滤装置放置6h后，密封仓内甲苯浓度的变化，所得PM2.5过滤效率、过滤阻力以及VOCs过滤效率的数据如表1所示。
表1
PM2.5过滤效率/％ 过滤阻力/Pa VOCs过滤效率/％
实施例1 99.6 55 95.7
实施例2 99.1 52 95.4
实施例3 99.3 53 94.9
实施例4 99.4 54 94.6
实施例5 98.9 53 94.8
实施例6 99.3 45 92.6
实施例7 99.6 56 95.3
实施例8 99.6 65 95.7
实施例9 81.2 72 95.3
实施例10 99.6 48 55.2
实施例11 99.6 54 53.9
由表1可知，本申请实施例1-5提供的空气过滤材料对PM2.5的过滤效率可达99.6％，而过滤阻力不超过55Pa，VOCs的过滤效率可达95.7％，满足了对空气中PM2.5以及挥发性有机物的过滤要求。
实施例6提供的空气过滤材料只含有1层复合层，与实施例1相比，实施例6提供空气过滤材料的PM2.5过滤效率由99.6％降低至99.3％，过滤阻力由55Pa降低至45Pa，VOCs的过滤效率由95.7％降低至92.6％。
实施例7提供的空气过滤材料中含有5层复合层，与实施例1相比，实施例7提供的空气过滤材料的PM2.5过滤效率与实施例1相同，过滤阻力由55Pa升高至56Pa，VOCs的过滤效率由95.7％降低至95.3％。
实施例8提供的空气过滤材料中含有10层复合层，与实施例1相比，实施例8提供的空气过滤材料的PM2.5过滤效率与实施例1相同，过滤阻力由55Pa升高至65Pa，VOCs过滤效率与实施例1相同。
实施例9与实施例1相比，实施例9提供的纳米纤维层中并没有负载驻极体，PM2.5的过滤效率由99.6％下降至81.2％，过滤阻力由57Pa上升至72Pa，VOCs的过滤效率由95.7％下降至95.3％。
本申请通过在静电纺丝液中添加驻极体，增加了静电纺丝液的介电常数，使纳米纤维的直径分布更加均匀，增加了纳米纤维膜的蓬松度，不仅通过静电作用提高了过滤层的过滤效率，还能够降低过滤阻力。
实施例10提供的空气过滤材料的功能层仅由纳米二氧化钛组成，实施例11提供的空气过滤材料的功能层仅由纳米活性炭组成。由实施例1、10、11的PM2.5的过滤效率、过滤阻力以及VOCs的过滤效率可知，纳米活性炭与纳米二氧化钛之间存在协同作用，提高了空气过滤材料对VOCs的过滤效率。
综上所述，本发明提供的空气过滤材料不仅能够过滤空气中的固体颗粒，还能够通过功能层吸附、去除空气中的挥发性有机物，且本发明提供的空气过滤材料的结构简单、尺寸可控，且通过对空气中污染物产生静电作用，提高了所述空气过滤材料的过滤效果，VOCs的过滤效率可达95.7％，对PM2.5的过滤效率可达99.6％，而过滤阻力不超过55Pa。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种空气过滤材料，其特征在于，所述空气过滤材料包括基材层以及设置于基材层表面的至少一层复合层；
所述复合层包括过滤层以及设置于过滤层一侧的功能层；
所述过滤层为负载驻极体的纳米纤维层。
2.根据权利要求1所述的空气过滤材料，其特征在于，所述复合层的层数为1-6层，优选为2-4层；
优选地，所述基材层包括非织造布层、熔喷布层或针织布层中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述基材层的厚度为0.05-0.5mm，优选为0.1-0.3mm；
优选地，所述过滤层的厚度为0.01-0.2mm，优选为0.05-0.1mm；
优选地，所述功能层的厚度为0.01-0.4mm，优选为0.05-0.2mm。
3.根据权利要求1或2所述的空气过滤材料，其特征在于，所述驻极体为电气石；
优选地，所述电气石的粒径D50为2-25nm，优选为5-20nm；
优选地，所述负载驻极体的纳米纤维层中驻极体的质量分数为2-10wt％，优选为5-8wt％；
优选地，所述负载驻极体的纳米纤维层中纳米纤维的平均直径为50-500nm，优选为60-200nm。
4.根据权利要求1-3任一项所述的空气过滤材料，其特征在于，所述功能层由纳米二氧化钛与纳米活性炭复合而成；
优选地，所述纳米二氧化钛的粒径D50为2-25nm，优选为5-20nm；
优选地，所述纳米活性炭的粒径D50为10-30nm，优选为15-25nm；
优选地，所述纳米二氧化钛与纳米活性炭的质量比为(1-5):(1-5)，优选为1:5。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的空气过滤材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：根据所述空气过滤材料中复合层的层数，将所述复合层通过层层组装的方法设置于基材层的表面。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述层层组装的方法包括如下步骤：
(1)通过静电纺丝的方法将过滤层复合在基材层的表面，然后在过滤层的表面喷涂功能层；
(2)根据复合层的层数，通过静电纺丝与喷涂的方法层层组装所述过滤层与功能层，干燥后得到所述空气过滤材料。
7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，通过静电纺丝的方法将过滤层复合在基材层的具体操作包括如下步骤：
(a)制备电气石粉，并将电气石粉与聚合物混合后得到的混合物溶解于溶剂中，超声分散后得到静电纺丝液；
(b)使用步骤(a)所得静电纺丝液进行静电纺丝，使负载驻极体的纳米纤维层复合于基材层的表面。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述聚合物包括聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚乳酸或聚酰胺中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述溶剂包括二甲基甲酰胺、二甲基乙酰氨、二氯甲烷、甲酸或乙酸中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述电气石粉与聚合物的质量比为(0.01-0.1):1，优选为(0.05-0.08):1；
优选地，所述聚合物与溶剂的质量比为(0.02-0.5):1，优选为(0.1-0.4):1；
优选地，所述静电纺丝时的正极电压为1-30KV，负极电压为-5-0KV，接受距离为1-20cm，静电纺丝液的推进速度为0.1-20mL/h。
9.根据权利要求5-8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(I)制备电气石粉，并将聚合物与粒径D50为2-25nm的电气石粉混合后得到的混合物溶解于溶剂中，超声分散后得到静电纺丝液，所述聚合物与溶剂的质量比为(0.02-0.5):1；
(II)使用步骤(a)所得静电纺丝液进行静电纺丝，使厚度为0.01-0.2mm的负载驻极体的纳米纤维层复合于厚度为0.05-0.5mm的基材层的表面；
(III)按照质量比(1-5):(1-5)混合粒径D50为2-25nm的纳米二氧化钛与粒径D50为10-30nm的纳米活性炭，通过电喷雾技术将功能混合物负载于纳米纤维层的表面，所得功能层的厚度为0.01-0.4mm；
(IV)根据复合层的层数重复步骤(II)与步骤(III)，干燥使溶剂完全挥发后得到所述空气过滤材料。
10.一种如权利要求1-4任一项所述的空气过滤材料用于过滤空气中PM2.5和/或挥发性有机物的用途。
CN201910599345.6A 2019-07-04 2019-07-04 一种空气过滤材料及其制备方法与用途 Pending CN110237608A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910599345.6A CN110237608A (zh) 2019-07-04 2019-07-04 一种空气过滤材料及其制备方法与用途

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910599345.6A CN110237608A (zh) 2019-07-04 2019-07-04 一种空气过滤材料及其制备方法与用途

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110237608A true CN110237608A (zh) 2019-09-17

Family

ID=67890993

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910599345.6A Pending CN110237608A (zh) 2019-07-04 2019-07-04 一种空气过滤材料及其制备方法与用途

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110237608A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110732186A (zh) * 2019-10-24 2020-01-31 国家纳米科学中心 一种多孔空气过滤膜及其制备方法和用途
CN111249805A (zh) * 2020-02-28 2020-06-09 厦门理工学院 一种驻极纳米纤维过滤材料及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104289042A (zh) * 2014-09-05 2015-01-21 东华大学 一种静电纺纳米纤维驻极过滤材料及其制备方法
CN106731229A (zh) * 2016-12-30 2017-05-31 东华大学 具备防水功能的驻极纳米纤维空气过滤材料及其制备方法
CN107303448A (zh) * 2016-04-22 2017-10-31 太仓派欧技术咨询服务有限公司 一种复合空气过滤纸
CN107441827A (zh) * 2017-08-17 2017-12-08 东华大学 一种多层驻极纳米纤维过滤材料及其制备方法
CN108441034A (zh) * 2018-04-23 2018-08-24 合肥浦尔菲电线科技有限公司 一种具有抑菌除味作用环保型墙面漆
CN109731464A (zh) * 2019-01-15 2019-05-10 一汽轿车股份有限公司 一种新型多功能空调滤芯

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104289042A (zh) * 2014-09-05 2015-01-21 东华大学 一种静电纺纳米纤维驻极过滤材料及其制备方法
CN107303448A (zh) * 2016-04-22 2017-10-31 太仓派欧技术咨询服务有限公司 一种复合空气过滤纸
CN106731229A (zh) * 2016-12-30 2017-05-31 东华大学 具备防水功能的驻极纳米纤维空气过滤材料及其制备方法
CN107441827A (zh) * 2017-08-17 2017-12-08 东华大学 一种多层驻极纳米纤维过滤材料及其制备方法
CN108441034A (zh) * 2018-04-23 2018-08-24 合肥浦尔菲电线科技有限公司 一种具有抑菌除味作用环保型墙面漆
CN109731464A (zh) * 2019-01-15 2019-05-10 一汽轿车股份有限公司 一种新型多功能空调滤芯

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
丁启圣等: "《新型实用过滤技术》", 31 December 2017, 冶金工业出版社 *
覃小红等: "《纳尺度纺织纤维科学工程》", 31 January 2019, 东华大学出版社 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110732186A (zh) * 2019-10-24 2020-01-31 国家纳米科学中心 一种多孔空气过滤膜及其制备方法和用途
WO2021077799A1 (zh) * 2019-10-24 2021-04-29 国家纳米科学中心 一种多孔空气过滤膜及其制备方法和用途
CN110732186B (zh) * 2019-10-24 2022-02-22 国家纳米科学中心 一种多孔空气过滤膜及其制备方法和用途
CN111249805A (zh) * 2020-02-28 2020-06-09 厦门理工学院 一种驻极纳米纤维过滤材料及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109675450B (zh) 一种抗菌复合纳米纤维膜及其制备方法和应用
WO2021077799A1 (zh) 一种多孔空气过滤膜及其制备方法和用途
CN107837964B (zh) 一种低压静电除尘模块及空气净化装置
CN105920919A (zh) 一种用于净化pm2.5的超疏水驻极体滤材的制备及活化方法
CN106039839B (zh) 一种可循环利用、高效低阻、抗菌防雾霾的空气过滤材料
CN106807250A (zh) 一种氧化石墨烯/二氧化硅/高分子聚合物复合纳滤膜的制备方法
CN109339681B (zh) 一种pvdf/go复合纳米纤维防雾霾窗纱及其制备方法
CN108286127A (zh) 一种疏水疏油纳米纤维膜的制备方法
CN110237608A (zh) 一种空气过滤材料及其制备方法与用途
CN105920920A (zh) 一种基于石墨烯材料新型过滤网制作工艺
CN111869951B (zh) 一种口罩过滤层的制备方法
CN112371177A (zh) 一种掺杂压电催化材料的柔性多孔复合材料及其制备
Chai et al. Air purification using polymer fiber filters
WO2022095619A1 (zh) 空气净化器和催化剂的制备方法
CN104332829A (zh) 具有主动式空气净化和污染物收集功能的生态负离子机
CN110237813A (zh) 一种中空结构的碳/二氧化锰复合纳米纤维的制备方法及其应用
CN107789902A (zh) 纳米复合纤维pm2．5静电滤网材料
CN110180400B (zh) 一种导电纳米纤维过滤膜及其制备方法
CN108771981A (zh) 石墨烯复合材料及其制备方法和应用、石墨烯-碳纳米纤维薄膜及其制备方法
CN115671972B (zh) 一种沥青站废气废烟处理方法
CN208253782U (zh) 一种外置式空调净化装置
CN107587259A (zh) 一种高效过滤性能的复合电纺纤维膜及其制备方法
CN104841203A (zh) 一种纳米蒙脱土/聚乳酸熔喷过滤材料及其制备方法
CN111888837A (zh) 用于空气净化的环保复合新材料及其制备方法
Lee et al. Preparation of functionalized nanofibers and their applications

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
TA01 Transfer of patent application right
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20210806

Address after: 224001 group 1, village committee of the people's Federation of China, Tinghu New District, Yancheng City, Jiangsu Province (28)

Applicant after: JIANGSU ZHONGKE RUISAI POLLUTION CONTROL ENGINEERING Co.,Ltd.

Applicant after: Institute of Process Engineering, Chinese Academy of Sciences

Address before: 224001 group 1, village committee of the people's Federation of China, Tinghu New District, Yancheng City, Jiangsu Province (28)

Applicant before: JIANGSU ZHONGKE RUISAI POLLUTION CONTROL ENGINEERING Co.,Ltd.

RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190917