CN110613978B - 气相滤材及过滤单元 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种气相滤材及过滤单元，属于空气过滤技术领域，气相滤材从气流的上游侧起顺序地层叠通气性覆盖层、预捕集层、主捕集、通气性支撑层；主捕集包含掺杂有rGO‑g‑PLLA纳米颗粒的多孔PLA微纳米纤维膜。过滤单元包含上述气相滤材和框体。本发明制备方法简单易行，产率高，能够增加微颗粒表面的柔软度，使得微颗粒更易溶胀和改性。本发明气相滤材的主捕集层用多孔PLA微纳米纤维膜纤维直径小、比表面积大、孔体积大，具有优异的力学性能、抑菌性和耐高温性，本发明气相滤材对PM2.5等粒子状物质的捕集能力强，阻力压降低，在主捕集层厚度较低时也具有优异的空气过滤性能。

Description

气相滤材及过滤单元
技术领域
本发明属于空气过滤技术领域，具体涉及气相滤材及过滤单元。
背景技术
雾霾是在特定气相条件下，发生在大气近地面层的一种灾害性天气现象，以可吸入颗粒物(PM10)和可入肺颗粒物(PM2.5)为主要构成，而PM2.5被认为是造成雾霾的“元凶”。PM2.5是指空气环境中空气动力学直径小于或等于2.5微米的颗粒物，由于颗粒粒径比较小，PM2.5在空气中的最终沉降速度很慢。能够长时间地悬浮于空气中，而且输送距离远，能够扩散到非常广泛的区域，危害性超过粗颗粒。在实际大气环境中，空气也会受到宇宙射线等因素的作用而被电离，空气离子与大气中的颗粒长期接触相互碰撞后，可以认为是处于玻尔兹曼电荷平衡状态。同时，由于PM2.5的尺寸比较接近可见光的波长，所以PM2.5在大气中的大量存在会降低能见度，PM2.5的光散射作用使得空气表现出一种灰蒙蒙的状态。同时，由于PM2.5的粒径小，比表面积大，易吸附带有毒、有害物质，例如重金属、微生物等，因此对人体的危害性很大。直径小于2.5微米的颗粒物可以直接进入支气管以及肺泡，从而被人体吸收；进入肺泡的颗粒物会迅速被吸收，并且不经过肝脏迅速进入血液循环，遍布全身；被人体吸收的颗粒物可以损害血红蛋白的输送氧能力，并且引发全身各系统疾病。PM2.5引发的疾病包括：呼吸系统疾病、心血管疾病、有害物质中毒、婴儿发育缺陷和癌症。应对雾霾污染，改善空气质量的首要任务是控制PM2.5。
随着现代文明的发展，人类活动更多在室内环境下进行，通过进气过滤系统能够拦截进入室内环境的颗粒污染物，空气过滤技术是保护人体健康的有效手段。其中的过滤材料是空气过滤技术的关键，过滤材料的优劣决定了室内空气环境的品质。在所有空气过滤材料中，由于过滤效率高、阻力低，非织造纤维过滤材料成为了应用最为广泛、也最为经济的过滤材料。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种主捕集层用多孔PLA微纳米纤维膜纤维直径小、比表面积大、孔体积大，具有优异的力学性能，抑菌性和耐高温性的气相滤材，该气相滤材对PM2.5等粒子状物质的捕集能力强，阻力压降低，在主捕集层厚度较低时也具有优异的空气过滤性能。
本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：
气相滤材，从气流的上游侧起顺序地层叠通气性覆盖层、预捕集层、主捕集、通气性支撑层；其中，主捕集包含掺杂有rGO-g-PLLA纳米颗粒的多孔PLA微纳米纤维膜。
rGO-g-PLLA的引入可以改善多孔PLA微纳米纤维膜的微纳米结构，有效增大其比表面积和纳米孔体积，调节纤维膜的孔隙结构，从而提高纤维膜捕集微细颗粒物的能力，同时降低阻力压降，使制得的多孔PLA微纳米纤维膜具有纤维直径小、比表面积大、孔体积大的优点，对PM2.5等粒子状物质的捕集能力强，阻力压降低，使得本发明气相滤材具有优异的空气过滤性能；rGO-g-PLLA还能在多孔PLA微纳米纤维中均匀分散，加快了PLA的异相成核作用，增强增韧的效果好，使气相滤材用多孔PLA微纳米纤维膜具有优异的力学性能，拉伸强度和断裂伸长率较高，本发明气相滤材的使用持久性；此外，rGO-g-PLLA的引入还可以使多孔PLA微纳米纤维膜具有耐高温性，即便反复受到热历程，仍可长时间稳定而维持气相滤材的特性；再者，rGO-g-PLLA的引入还可以使多孔PLA微纳米纤维膜具有抑菌性，能提高本发明气相滤材的功能性；以上性能使得本发明气相滤材在高效低阻型气相滤材领域具有非常广阔的应用前景。
优选的，多孔PLA微纳米纤维膜通过如下步骤制备：
将GO与L-乳酸单体进行原位缩聚得GO-g-PLLA纳米颗粒；
将GO-g-PLLA纳米颗粒还原得rGO-g-PLLA纳米颗粒；
将rGO-g-PLLA纳米颗粒和PLA溶于溶剂中得纺丝液；以及，
将纺丝液静电纺丝得多孔PLA微纳米纤维膜。
优选的，GO与L-乳酸单体的重量比为1:1-5。
优选的，纺丝液中rGO-g-PLLA纳米颗粒的添加量为PLA质量的0.1-1％。
优选的，多孔PLA微纳米纤维的平均直径为200-500nm。
优选的，纺丝液用溶剂为二氯甲烷。静电纺丝过程中，当PLA溶液在高压电场力的作用下克服溶液的表面张力从喷丝口飞向接收滚筒时，溶剂中具有较高蒸汽压的二氯甲烷(DCM)会快速挥发使射流表面温度迅速降低，此时射流周围空气中的水蒸汽会遇冷凝聚在射流的表面形成水珠，然后射流经电场力的拉伸后固化形成纤维，同时随着水珠的挥发在纤维的表面留下孔洞，另外，随着射流内部溶剂由内向外的扩散及其表面溶剂的挥发，射流表面的温度会迅速降低，射流因热不稳定会发生热致相分离；空气中的水蒸气和其他非溶剂气体也会逐渐渗透到聚合物溶液射流中，这会诱发射流溶液发生蒸汽致相分离。在蒸汽致相分离和热致相分离的共同作用下，PLA聚合物射流形成聚合物富集相和溶剂富集相，最终聚合物富集相固化成纤维骨架，而溶剂富集相因溶剂的挥发而形成孔洞。
更优选的，多孔PLA微纳米纤维膜通过如下步骤制备：
1)按固液比为1:5-10将GO超声分散于N-甲基吡咯烷酮中，然后加入L-乳酸单体，GO与L-乳酸单体的重量比为1:1-5，通氮排空，混合均匀在30-60min内升温至100-130℃，在搅拌速度为400-500rpm下搅拌10-15h发生缩聚反应，反应结束后过滤、干燥，得到GO-g-PLLA纳米颗粒；
2)按固液比为1:4-6将GO-g-PLLA纳米颗粒超声分散在NH2OH·HCl溶液中(pH＝7)，通氮排空，在温度为60-80℃、搅拌速度为400-500rpm下搅拌反应2-5h，反应结束后过滤、干燥，得到rGO-g-PLLA纳米颗粒；
3)将rGO-g-PLLA纳米颗粒超声分散于二氯甲烷中，然后加入PLA，充分搅拌至完全溶解得纺丝液，纺丝液中PLA的质量分数为5-15wt％，rGO-g-PLLA纳米颗粒的质量分数0.1-1％；
4)将纺丝液在电压为20-25kV、流速为0.5-1.0mL/h，接收距离为10-15cm条件下进行静电纺丝得多孔PLA微纳米纤维膜。
为了优化纤维上孔分布和孔径的均匀性，采取的办法还包括：
纺丝液中还含有聚乙烯吡咯烷酮和聚a-氨基酸，聚乙烯吡咯烷酮在去离子水与二氯甲烷中的溶解不同，导致聚乙烯吡咯烷酮发生相分离，聚乙烯吡咯烷酮的脱出使微孔均匀的分布于多孔PLA微纳米纤维膜上，但是纤维的平均直径大大增加，而聚a-氨基酸的添加，能和聚乙烯吡咯烷酮发挥增益作用，一方面使纤维纳米孔洞分布更加密集，使得孔间连通性好，有利于过滤过程中气流的通过；可以使纤维比表面积增加，且使纤维里面添加剂PAO-g-rGO纳米颗粒暴露，增加了纤维表面的粗糙程度，减小了纤维之间的孔隙，这都有助于纤维对微细颗粒物的捕集，进而提高过滤效率，即在纤维膜厚度较低时也能实现优异的过滤效率；另一方面对多孔PLA微纳米纤维的平均直径几乎没有影响，使得气相滤材具有更佳的空气过滤性能；此外，还能提高PAO-g-rGO纳米颗粒在纺丝液中的分散性，使得纺丝顺利进行，且使得PAO-g-rGO纳米颗粒在纤维膜上均匀分布，从而进一步提高多孔PLA微纳米纤维膜的力学性能。更优选的，聚乙烯吡咯烷酮和聚a-氨基酸的添加量分别为PLA质量的2-5％和0.1-1％。
优选的，通气性覆盖层使气流中的尘埃通过，并抑制所述滤材的表面相对于来自外部的按压而变形；预捕集层捕集气流中的尘埃的一部分；主捕集层捕集通过所述预捕集层后的尘埃；通气性支撑层支撑主捕集层。
本发明还公开一种对于PM2.5等的粒子状物质的捕集性能优异的过滤单元，包含上述气相滤材和框体。
优选的，气相滤材的形状被保持为通过峰折及谷折而折叠形成的锯齿形状。
优选的，框体包围气相滤材的外周部，将气相滤材形成为一体。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明气相滤材对PM2.5等粒子状物质的捕集能力强，阻力压降低，在纤维膜厚度较低时也具有优异的空气过滤性能；本发明气相滤材用多孔PLA微纳米纤维膜具有具有优异的力学性能，拉伸强度和断裂伸长率较高，具有使用持久性，同时还具有有抑菌性和耐高温性，在高效低阻型气相滤材领域具有非常广阔的应用前景。本发明过滤单元对于PM2.5等的粒子状物质的捕集性能优异，使用寿命长久。
本发明采用了上述技术方案提供气相滤材及过滤单元，弥补了现有技术的不足，设计合理，操作方便。
附图说明
图1是本发明过滤器单元的外观立体图；
图2是本发明气相滤材的层结构的剖面图；
图3是本发明气相滤材的外观立体图；
图4是本发明气相滤材的外观立体图；
图5是本发明试验例1中多孔PLA微纳米纤维膜的SEM照片；
图6是本发明试验例1中多孔PLA微纳米纤维膜的过滤性能测试结果；
图7是本发明试验例2中气相滤材的捕集效率测试结果。
附图标记说明：1.空气过滤器单元；10.滤材；101.通气性覆盖层；102.预捕集层；103.主捕集；104.通气性支撑层；12.框体。
具体实施方式
以下通过实施例来进一步阐明本发明。但是应该理解，所述实施例只是举例说明的目的，并不意欲限制本发明的范围和精神。
实施例1：
多孔PLA微纳米纤维膜通过如下步骤制备：
1)按固液比为1:6将GO超声分散于N-甲基吡咯烷酮中，然后加入L-乳酸单体，GO与L-乳酸单体的重量比为1:3，通氮排空，混合均匀在45min内升温至120℃，在搅拌速度为500rpm下搅拌12h发生缩聚反应，反应结束后过滤、干燥，得到GO-g-PLLA纳米颗粒；
2)按固液比为1:5将GO-g-PLLA纳米颗粒超声分散在NH2OH·HCl溶液中(pH＝7)，通氮排空，在温度为65℃、搅拌速度为500rpm下搅拌反应3h，反应结束后过滤、干燥，得到rGO-g-PLLA纳米颗粒；
3)将rGO-g-PLLA纳米颗粒超声分散于二氯甲烷中，然后加入PLA，充分搅拌至完全溶解得纺丝液，纺丝液中PLA的质量分数为10wt％，rGO-g-PLLA纳米颗粒的质量分数0.5％；
4)将纺丝液在电压为24kV、流速为0.6mL/h，接收距离为12cm条件下进行静电纺丝得多孔PLA微纳米纤维膜。
实施例2：
多孔PLA微纳米纤维膜通过如下步骤制备：
1)按固液比为1:6将GO超声分散于N-甲基吡咯烷酮中，然后加入L-乳酸单体，GO与L-乳酸单体的重量比为1:3，通氮排空，混合均匀在45min内升温至120℃，在搅拌速度为500rpm下搅拌12h发生缩聚反应，反应结束后过滤、干燥，得到GO-g-PLLA纳米颗粒；
2)按固液比为1:5将GO-g-PLLA纳米颗粒超声分散在NH2OH·HCl溶液中(pH＝7)，通氮排空，在温度为65℃、搅拌速度为500rpm下搅拌反应3h，反应结束后过滤、干燥，得到rGO-g-PLLA纳米颗粒；
3)将rGO-g-PLLA纳米颗粒超声分散于二氯甲烷中，然后加入PLA、聚乙烯吡咯烷酮和聚a-氨基酸，充分搅拌至完全溶解得纺丝液，纺丝液中PLA的质量分数为10wt％，rGO-g-PLLA纳米颗粒的质量分数0.5％，聚乙烯吡咯烷酮和聚a-氨基酸的添加量分别为PLA质量的3％和0.3％；
4)将纺丝液在电压为24kV、流速为0.6mL/h，接收距离为12cm条件下进行静电纺丝得多孔PLA微纳米纤维膜。
实施例3：
如图2-4所示，气相滤材10，从气流的上游侧起顺序地层叠通气性覆盖层101、预捕集层102、主捕集103、通气性支撑层104；通气性覆盖层101选择由平均纤维直径15μm的聚己内酯纤维构成的纺粘无纺布，使气流中的尘埃通过，并抑制所述滤材的表面相对于来自外部的按压而变形；预捕集层102使用由平均纤维直径2μm的聚己内酯构成的无纺布，使用热熔粘接剂在110℃下对通气性覆盖层101和预捕集层102进行热层压得叠体I，用于捕集气流中的尘埃的一部分；主捕集层103包含实施例1得多孔PLA微纳米纤维膜，捕集通过所述预捕集层后的尘埃；通气性支撑层104采用由芯使用PET、鞘使用PE的芯/鞘构造的纤维构成的纺粘无纺布，在所得到主捕集层103的两面，使用层压装置通过热熔接来接合纺粘无纺布得叠体II，用于支撑主捕集层103。然后将得叠体I和叠体II使用热熔粘接剂在110℃下进行热层压得到了图2所示的层结构的滤材10，再利用旋转式折叠机，以按照每260mm形成峰折、谷折的方式进行皱褶加工，制作了得到了图3-4所示的锯齿形状的滤材10。
实施例4：
气相滤材10，与实施例3的不同之处在于，主捕集103包含实施例2得多孔PLA微纳米纤维膜。
实施例5：
如图1所示，过滤单元1，包含实施例3的气相滤材10和框体12。气相滤材10的形状被保持为通过峰折及谷折而折叠形成的锯齿形状。框体12包围气相滤材10的外周部，将气相滤材10形成为一体。
实施例6：
过滤单元1，与实施例5的不同之处在于，包含实施例4的气相滤材10。
对比例1：
与实施例3的不同之处在于，多孔PLA微纳米纤维膜通过如下步骤制备：
1将PLA溶于体积比为10:1的二氯甲烷和N,N-二甲基乙酰胺混合溶剂中得纺丝液，纺丝液中PLA的质量分数为10wt％；
2将纺丝液在电压为24kV、流速为0.6mL/h，接收距离为12cm条件下进行静电纺丝得多孔PLA微纳米纤维膜。
对比例2：
与实施例3的不同之处在于，主捕集103包含对比例1得多孔PLA微纳米纤维膜。
对比例3：
与实施例5的不同之处在于，过滤单元1，包含对比例2的气相滤材10。
试验例1：
多孔PLA微纳米纤维膜的性能表征
1.多孔PLA微纳米纤维膜的形貌
将实施例1和实施例2得多孔PLA微纳米纤维膜分别铺在贴有导电胶的样品台喷金处理后，采用发射扫描电子显微镜观察多孔PLA微纳米纤维膜的形貌并拍照。SEM照片如图5所示，可以看出，与对比例1相比，实施例2得多孔PLA微纳米纤维膜表面的纳米孔较大，分布较密集，这说明rGO-g-PLLA的引入可以调节多孔PLA微纳米纤维膜的孔隙结构。与实施例1相比，实施例2得多孔PLA微纳米纤维膜表面的纳米孔分布更加密集，纤维之间的孔隙较小，且平均直径变化不明显，这说明聚a-氨基酸的添加，能和聚乙烯吡咯烷酮发挥增益作用，使得气相滤材具有更佳的空气过滤性能。
以多孔PLA微纳米纤维膜的SEM图片为基础，利用Image J软件随机选择50根纳米纤维测试纤维的直径及纤维表面纳米孔洞大小并求取平均值；利用Photoshop进行二值化处理后计算纤维表面纳米孔洞的覆盖率。结果如表1所示，与对比例1相比，实施例1纤维直径虽然有所增减，但是增加幅度不大，且实施例1纤维表面的纳米孔洞直径和孔洞覆盖率均得到提高，尤其是孔洞覆盖率，这说明rGO-g-PLLA的引入可以调节多孔PLA微纳米纤维膜的孔隙结构。与实施例1相比，实施例2得多孔PLA微纳米纤维膜表面的纳米孔洞直径和孔洞覆盖率均得到提高，尤其是孔洞覆盖率，且平均直径变化不明显，这说明进一步说明聚a-氨基酸的添加，能和聚乙烯吡咯烷酮发挥增益作用，使得气相滤材具有更佳的空气过滤性能。
表1多孔PLA微纳米纤维膜的特征
2.多孔PLA微纳米纤维膜的过滤性能测试
采用TSI8130型自动滤料测试仪测试不同PCL纳米纤维复合滤膜的气体过滤性能，将试样裁剪成14cm×14cm的圆形，气溶胶颗粒直径约为75nm，气体流速85L/min。为了综合评定不同纳米纤维滤膜的过滤性能，计算不同滤膜的品质因子：
QF＝ln(1-η)/Δp；
式中：
η-过滤效率；
Δp-过滤压降。
品质因子的值越大，表示滤膜的过滤性能越好。过滤性能测试结果如图6所示，与对比例1相比，实施例1得多孔PLA微纳米纤维膜的过滤效率较高，过滤压降较低，具有最高的品质因子，这说明本发明多孔PLA微纳米纤维膜具有较优的过滤性能。与实施例1相比，实施例2得多孔PLA微纳米纤维膜的过滤效率较高，过滤压降较低，具有最高的品质因子，这说明本发明纺丝液中聚乙烯吡咯烷酮和聚a-氨基酸有利于过滤过程中气流的通过和纤维对微细颗粒物的捕集，使得多孔PLA微纳米纤维膜具有较优的过滤性能，为性能优越的高效低阻空气过滤材料。
3.多孔PLA微纳米纤维膜的力学性能
采用万能强力试验机测定实施例1和对比例1纤维膜的拉伸强度与断裂伸长率。取试样宽5mm，长40mm，夹具间的距离为20mm，拉伸速率为5mm/min，每个样品测量5次取平均值。实施例1的拉伸强度为7.02MPa，断裂伸长率为108.57％；实施例2的拉伸强度为7.74MPa，断裂伸长率为126.82％；对比例1纤维膜的拉伸强度为1.53MPa，断裂伸长率为62.47％。以上结果表明，rGO-g-PLLA还能在多孔PLA微纳米纤维中均匀分散，加快了PLA的异相成核作用，增强增韧的效果好，使气相滤材用多孔PLA微纳米纤维膜具有优异的力学性能，拉伸强度和断裂伸长率较高。纺丝液中聚乙烯吡咯烷酮和聚a-氨基酸还能提高PAO-g-rGO纳米颗粒在纺丝液中的分散性，使得纺丝顺利进行，且使得PAO-g-rGO纳米颗粒在纤维膜上均匀分布，从而进一步提高多孔PLA微纳米纤维膜的力学性能。
试验例2：
气相滤材的捕集效率测定
将与在滤材10的压力损失中使用的试验样品相同的试验样品设置在过滤器滤材支架上，调整空气流，使空气的滤材通过速度达到5.3cm/秒，在该空气流的上游侧导入直径0.3μm的PSL(Polystyrene Latex：聚苯乙烯胶乳)粒子，使用光散射式粒子计数器测定试验样品的上游侧和下游侧的PSL粒子的浓度，按照下式求出滤材10的捕集效率。
捕集效率(％)＝[1-(下游侧的PSL粒子的浓度/上游侧的PSL粒子的浓度)]×100；
结果如图7所示，可以看出，实施例3的效率好于对比例2，这说明本发明用得多孔PLA微纳米纤维膜具有较优的过滤性能，而实施例4的捕集效率好于实施例3，这说明纺丝液中聚乙烯吡咯烷酮和聚a-氨基酸的存在利用提高滤材的过滤性能。
上述实施例中的常规技术为本领域技术人员所知晓的现有技术，故在此不再详细赘述。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此，所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (5)

1.气相滤材，其特征在于：从气流的上游侧起顺序地层叠通气性覆盖层(101)、预捕集层(102)、主捕集层(103)、通气性支撑层(104)；
所述的主捕集层(103)包含掺杂有rGO-g-PLLA纳米颗粒的多孔PLA微纳米纤维膜，所述的多孔PLA微纳米纤维膜通过如下步骤制备：
1)按固液比为1:5-10将GO超声分散于N-甲基吡咯烷酮中，然后加入L-乳酸单体，所述的GO与L-乳酸单体的重量比为1:1-5，通氮排空，混合均匀在30-60min内升温至100-130℃，在搅拌速度为400-500rpm下搅拌10-15h发生缩聚反应，反应结束后过滤、干燥，得到GO-g-PLLA纳米颗粒；
2)按固液比为1:4-6将所述GO-g-PLLA纳米颗粒超声分散在pH＝7的NH2OH·HCl溶液中，通氮排空，在温度为60-80℃、搅拌速度为400-500rpm下搅拌反应2-5h，反应结束后过滤、干燥，得到rGO-g-PLLA纳米颗粒；
3)将rGO-g-PLLA纳米颗粒超声分散于二氯甲烷中，然后加入PLA，充分搅拌至完全溶解得纺丝液；所述的纺丝液中PLA的质量分数为5-15wt％，rGO-g-PLLA纳米颗粒的质量分数0.1-1％；
4)将纺丝液在电压为20-25kV、流速为0.5-1.0mL/h，接收距离为10-15cm条件下进行静电纺丝得多孔PLA微纳米纤维膜，所述的多孔PLA微纳米纤维的平均直径为200-500nm；
所述的纺丝液中还含有聚乙烯吡咯烷酮和聚a-氨基酸，所述的聚乙烯吡咯烷酮和聚a-氨基酸的添加量分别为PLA质量的2-5％和0.1-1％；
所述的rGO-g-PLLA纳米颗粒能提高多孔PLA微纳米纤维表面纳米孔洞直径和/或孔洞覆盖率。
2.根据权利要求1所述的气相滤材，其特征在于：所述的通气性覆盖层(101)使气流中的尘埃通过，并抑制所述滤材的表面相对于来自外部的按压而变形；所述的预捕集层(102)捕集气流中的尘埃的一部分；所述的主捕集层(103)捕集通过所述预捕集层后的尘埃；所述的通气性支撑层(104)支撑主捕集层(103)。
3.一种过滤单元(1)，其特征在于：包含权利要求1-2任一项所述的气相滤材(10)和框体(12)。
4.根据权利要求3所述的过滤单元，其特征在于：所述的气相滤材(10)的形状被保持为通过峰折及谷折而折叠形成的锯齿形状。
5.根据权利要求3所述的过滤单元，其特征在于：所述的框体(12)包围所述的气相滤材(10)的外周部，将所述的气相滤材(10)形成为一体。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112263877A (zh) * 2020-10-16 2021-01-26 浙江金海高科股份有限公司 空气过滤材料及过滤元件和应用
CN115467107B (zh) * 2022-08-26 2023-09-26 东华大学 一种用于多孔纱线表面孔结构相分离成型的溶剂蒸汽控制系统及多孔纱线制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103768864A (zh) * 2014-01-24 2014-05-07 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 一种防静电高性能烟气净化滤料的制备方法
CN107583377A (zh) * 2017-08-24 2018-01-16 清华大学 一种功能化石墨烯修饰的空气过滤膜及其制备方法
CN108000971A (zh) * 2017-11-30 2018-05-08 朱明君 一种含石墨烯材料和竹原纤维的空气过滤布
CN108660611A (zh) * 2018-05-28 2018-10-16 成都新柯力化工科技有限公司 一种用于空气杀菌净化的纳米纤维膜及制备方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7520923B2 (en) * 2007-03-22 2009-04-21 Mvp Textiles & Apparel, Inc. Antimicrobial filtration article
CN103764251B (zh) * 2011-08-31 2015-07-22 大金工业株式会社 空气过滤器用滤材、空气过滤器单元以及空气过滤器用滤材的制造方法
KR101830797B1 (ko) * 2012-04-16 2018-02-21 한국전자통신연구원 그래핀 섬유 제조방법
CN108722068A (zh) * 2017-04-18 2018-11-02 北京化工大学 一种可降解的过滤除菌膜及制备方法
CN107569915B (zh) * 2017-10-18 2019-11-29 天津大学 一种用于拦截pm1.0的空气净化材料及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103768864A (zh) * 2014-01-24 2014-05-07 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 一种防静电高性能烟气净化滤料的制备方法
CN107583377A (zh) * 2017-08-24 2018-01-16 清华大学 一种功能化石墨烯修饰的空气过滤膜及其制备方法
CN108000971A (zh) * 2017-11-30 2018-05-08 朱明君 一种含石墨烯材料和竹原纤维的空气过滤布
CN108660611A (zh) * 2018-05-28 2018-10-16 成都新柯力化工科技有限公司 一种用于空气杀菌净化的纳米纤维膜及制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
功能化石墨烯/聚乳酸纳米复合材料的制备及性能;郭王佩瑶;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》;20170315;摘要，第31,45,52-53页 *

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