CN110876871B - 一种过滤纳米金属氧化物粉尘颗粒复合滤料的制备方法 - Google Patents
一种过滤纳米金属氧化物粉尘颗粒复合滤料的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110876871B CN110876871B CN201911165410.0A CN201911165410A CN110876871B CN 110876871 B CN110876871 B CN 110876871B CN 201911165410 A CN201911165410 A CN 201911165410A CN 110876871 B CN110876871 B CN 110876871B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- filter material
- preparing
- composite filter
- spinning solution
- metal oxide
- 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
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 78
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims abstract description 60
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 54
- 238000001914 filtration Methods 0.000 title claims abstract description 45
- 239000000428 dust Substances 0.000 title claims abstract description 42
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 32
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 title claims abstract description 32
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 claims abstract description 48
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims abstract description 43
- -1 polypropylene Polymers 0.000 claims abstract description 43
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims abstract description 43
- 238000009987 spinning Methods 0.000 claims abstract description 43
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 39
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 35
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 35
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 claims abstract description 28
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 claims abstract description 28
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 claims abstract description 28
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 16
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 239000004433 Thermoplastic polyurethane Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000002122 magnetic nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229920002803 thermoplastic polyurethane Polymers 0.000 claims abstract description 14
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims abstract description 12
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 claims abstract description 11
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 14
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 claims description 11
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 8
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N iron(II,III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 7
- CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N O-Xylene Chemical compound CC1=CC=CC=C1C CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 6
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 6
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 6
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims description 6
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 5
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910001172 neodymium magnet Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 5
- 229910000531 Co alloy Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 claims description 4
- QJVKUMXDEUEQLH-UHFFFAOYSA-N [B].[Fe].[Nd] Chemical compound [B].[Fe].[Nd] QJVKUMXDEUEQLH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 14
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 14
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 6
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 3
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 3
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 3
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 3
- 230000005307 ferromagnetism Effects 0.000 description 3
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 3
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 3
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 3
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004887 air purification Methods 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- 208000024172 Cardiovascular disease Diseases 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000005779 cell damage Effects 0.000 description 1
- 208000037887 cell injury Diseases 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 231100000086 high toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000004072 lung Anatomy 0.000 description 1
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- HNJBEVLQSNELDL-UHFFFAOYSA-N pyrrolidin-2-one Chemical compound O=C1CCCN1 HNJBEVLQSNELDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 210000002345 respiratory system Anatomy 0.000 description 1
- 230000009885 systemic effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
- B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
- B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
- B01D39/16—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres
- B01D39/1692—Other shaped material, e.g. perforated or porous sheets
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
- B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
- B01D39/20—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of inorganic material, e.g. asbestos paper, metallic filtering material of non-woven wires
- B01D39/2027—Metallic material
- B01D39/2031—Metallic material the material being particulate
- B01D39/2034—Metallic material the material being particulate sintered or bonded by inorganic agents
-
- 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
- H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
- H01F41/0253—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing permanent magnets
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
- B01D2239/04—Additives and treatments of the filtering material
- B01D2239/0407—Additives and treatments of the filtering material comprising particulate additives, e.g. adsorbents
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
- B01D2239/10—Filtering material manufacturing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2258/00—Sources of waste gases
- B01D2258/06—Polluted air
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Filtering Materials (AREA)
Abstract
一种过滤纳米金属氧化物粉尘颗粒复合滤料的制备方法，包括以下步骤：制备永磁体基底：准备具有交叉网孔的金属网，除杂干燥后，在金属网下表面粘结永磁体颗粒；制备中间隔层：在金属网上表面依次铺设一层热塑性聚氨酯橡胶膜和聚丙烯丝网，热压粘合；调制纺丝液：将聚乙烯吡咯烷酮粉末溶解在无水乙醇中配置成聚乙烯吡咯烷酮溶液，再加入磁性纳米颗粒，搅拌后转移至密封罐中，将密封罐放置于温水中超声波震荡；制备纳米纤维层：将纺丝液装入自动注射器内，开启自动注射器，使其向聚丙烯丝网喷出纺丝液，纺丝液最终固化形成纳米纤维层；清洗及干燥。通过本发明制备得到的复合滤料在保持较低阻力的同时能够高效的除去空气中的纳米金属氧化物颗粒。
Description
技术领域
本发明涉及空气净化技术领域，具体涉及一种过滤纳米金属氧化物粉尘颗粒复合滤料的制备方法。
背景技术
随着对职业健康安全的重视，人们已经逐渐意识到空气中的悬浮粉尘对人体的危害，其中以粒径较小，活性较高的纳米粉尘颗粒对人体呼吸系统造成的损伤最大。而金属氧化物颗粒作为最常见的纳米粉尘颗粒广泛存在于生产作业场所。例如，在钢铁冶炼车间、金属制品抛光车间、地铁隧道(列车车轮与轨道的摩擦)、机械的焊接操作中都会产生大量的高温金属蒸汽，它们冷却后以氧化物颗粒的形式悬浮在周围空气环境中，在局部空间内具有极高的粉尘浓度。由于金属氧化物颗粒本身粒径较小，毒性较高，进入人体后容易沉积在肺部组织中，造成细胞损伤乃至全身性的心血管疾病。
目前，去除空气中的纳米颗粒物主要是依靠过滤的技术手段，其中过滤材料是过滤技术的核心，材料的优劣往往决定了空气净化的效果。传统的纤维过滤材料是依靠纤维的机械作用机理来实现颗粒物的拦截，这意味着纤维排列得更密集、孔隙更小，会获得更高的过滤效率，但是相应的也会增加过滤阻力，而过滤阻力的增加就代表会消耗更多的电力能源，也会减小单位时间内的净化风量，导致过滤器净化能力的降低。因此，出于经济性能和净化风量等方面的考虑，常规过滤材料并不能有效的过滤小粒径的金属氧化物粉尘颗粒。
发明内容
本发明的目的在于提供一种过滤纳米金属氧化物粉尘颗粒复合滤料的制备方法，通过该方法制备得到的复合滤料在保持较低阻力的同时能够高效的除去空气中的纳米金属氧化物颗粒。
为实现上述目的，一种过滤纳米金属氧化物粉尘颗粒复合滤料的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备永磁体基底：准备具有交叉网孔的金属网，去除表面杂质并干燥后，在金属网的下表面粘结永磁体颗粒，粘结点为交叉网孔的交接处；
(2)制备中间隔层：在金属网的上表面依次铺设一层热塑性聚氨酯橡胶膜和一层聚丙烯丝网；采用热压方式将聚丙烯丝网与金属网压合在一起制备成表面覆有聚丙烯丝网的永磁体基底；
(3)调制纺丝液：将聚乙烯吡咯烷酮粉末溶解在无水乙醇中配置成聚乙烯吡咯烷酮溶液，然后将磁性纳米颗粒加入到聚乙烯吡咯烷酮溶液中，搅拌后将其转移至密封罐中，再将密封罐放置于20-30℃的温水中，超声波震荡后调制成均匀分散的纺丝液；
(4)制备纳米纤维层：将步骤(3)调制的纺丝液装入自动注射器内，将步骤(2)制备的永磁体基底粘结有聚丙烯丝网的一面正对着放置于距离自动注射器针头15-20cm的下方位置，开启自动注射器，使其向聚丙烯丝网喷出纺丝液，纺丝液最终固化成纳米纤维附着在聚丙烯丝网表面，形成纳米纤维层；
(5)清洗及干燥：当纳米纤维表层完全覆盖在聚丙烯丝网表面后，将其放入有机溶剂中进行清洗，再放入真空干燥箱中进行充分干燥，制成复合滤料；所述有机溶剂为二甲苯、丙酮、乙醚中的一种。
优选的，步骤(3)中聚乙烯吡咯烷酮粉末与无水乙醇的质量比为(12-15)：100；磁性纳米颗粒与聚乙烯吡咯烷酮溶液的质量比为(10-15)：100。
优选的，步骤(2)中热塑性聚氨酯橡胶膜的厚度为1-2mm，聚丙烯丝网的厚度为1-2mm，聚丙烯丝网目数为45-50目；热压条件为：热压温度为110-120℃、表面压力为2-3MPa、热压时间为3-5min。
优选的，步骤(1)中金属网材质为铁、镍、钴中的一种或其合金，厚度为2-3mm，交叉网孔的面积大小为0.5-0.8cm2；所述永磁体颗粒的材质为钕铁硼磁铁，颗粒直径大小为5-8mm。
优选的，步骤(3)中磁性纳米颗粒的材质为Fe3O4，粒径为40-80nm。
优选的，步骤(3)中搅拌时间为30-40min，超声波震荡时间为30～40min，超声波震荡时间为20～30min，用于超声波震荡的超声波，频率设置为35-45kHz，震荡密度为8000～10000W/m2。
优选的，步骤(3)中调制得到的纺丝液的表面张力为22.57-22.62mN/m，粘度为0.53-0.55Pa·s。
优选的，步骤(4)中调制的纺丝液装入20-25ml自动注射器内，自动注射器针头处与高压发生器的正极连接，高压发生器向自动注射器针头处施加直流电压；自动注射器针头内径为0.3-0.41mm，高压发生器在自动注射器针头处所施加的直流电压为14-16kV，自动注射器喷出纺丝液的速度为3-5ml/h。
优选的，步骤(4)中纳米纤维层中的纤维分布为经纬交叉网状结构，纤维直径为1-2.5μm，纳米纤维层的平均厚度为0.5-0.8mm，平均孔径1.0-2.1μm。
优选的，步骤(5)中用于清洗的有机溶剂温度为20-30℃，真空干燥箱设置的温度为50-70℃，干燥时间为24-26h。
本发明通过表层嵌有磁性纳米颗粒的纳米纤维层捕集空气中的金属氧化物颗粒，增强了对颗粒物的磁吸力作用，大幅提升了对纳米级微粒的过滤效率，且不增加额外的过滤阻力，具有优异的空气净化效果和出色的经济性；本发明根据部分纳米金属氧化物具有磁性的特点，制作出具有磁吸力的多层复合滤料来对其进行拦截过滤，在不改变纤维排列密度、不提高过滤阻力的前提下，提高滤料的过滤效果；复合滤料本身容尘性能强，在表面负载较多颗粒后，也不会产生较大的压降升高，能够长时间保持过滤性能的稳定，因此其使用寿命更长，适用于钢铁冶炼、机械焊接、地铁隧道等含有金属氧化物粉尘颗粒较多的作业场所。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
一种过滤纳米金属氧化物粉尘颗粒复合滤料的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备永磁体基底：准备厚度为2mm，交叉网孔的面积大小为0.5cm2的金属网，金属网材质为铁、镍、钴中的一种或其合金，用无水乙醇去除表面杂质并干燥后，在金属网的下表面粘结直径为5mm的钕铁硼磁铁颗粒，粘结点为交叉网孔交接处；
(2)制备中间隔层：在金属网的上表面放置一层厚度为1mm的热塑性聚氨酯橡胶膜，然后在热塑性聚氨酯橡胶膜的正上方铺设一层丝网目数为50目、厚度为1mm的聚丙烯丝网，热塑性聚氨酯薄膜的作用是将聚丙烯丝网与金属网粘结在一起；在120℃和2MPa的表面压力下将聚丙烯丝网与金属网压合在一起制备成表面覆有聚丙烯丝网的永磁体基底，热压时间为5min；聚丙烯丝网的作用是作为基布为纺丝液即纳米纤维层提供支撑作用；
(3)调制纺丝液：将聚乙烯吡咯烷酮粉末溶解在无水乙醇中配置成聚乙烯吡咯烷酮溶液，聚乙烯吡咯烷酮粉末与无水乙醇的质量比为12：100；然后将粒径为40nm的磁性Fe3O4纳米颗粒加入到聚乙烯吡咯烷酮溶液中，磁性Fe3O4纳米颗粒与聚乙烯吡咯烷酮溶液的质量比为12：100，搅拌30min后将其倒入密封罐中，再将密封罐放置于20℃的温水中，使用频率为35kHz，振荡密度为8000W/m2的超声波对溶液进行震荡，震荡20min后调制成均匀分散的纺丝液；调制得到的纺丝液的表面张力为22.57mN/m，粘度为0.53Pa·s；进行充分搅拌和震荡是为了防止磁性纳米颗粒在溶液中聚集，使其分布更加均匀；选择磁性Fe3O4纳米颗粒的原因是因为它具有较好的铁磁性，在永磁体的作用下能够产生更强的磁场，且比其他金属氧化物颗粒的价格更低；
(4)制备纳米纤维层：将步骤(3)调制的纺丝液装入20ml自动注射器内，自动注射器使用内径为0.3mm针头，针头优选不锈钢材质，这样不易滞留纺丝液；自动注射器针头处与高压发生器的正极连接，高压发生器向自动注射器针头处施加14kV的直流电压；将步骤(2)制成的永磁体基底粘结有聚丙烯丝网的一面正对着放置于距离自动注射器针头15cm的下方位置，开启自动注射器，以3ml/h的挤出速度向聚丙烯丝网喷出纺丝液，纺丝液最终会固化成纳米纤维附着在基底表面，形成纳米纤维层；纳米纤维层中的纤维分布为经纬交叉网状结构，纤维直径为1μm，纳米纤维层的平均厚度为0.5mm，平均孔径1.0μm；
(5)清洗及干燥：当纳米纤维表层完全覆盖在基底表面后，将其取出放入装有二甲苯溶剂中恒温水浴箱中进行清洗，溶剂温度控制在30℃，之后放入真空干燥箱中，在50℃的条件下干燥26h，制成复合滤料；
对本实施例制备所得复合滤料进行实验测试。设置复合滤料的过滤风速为2.5cm/s，测得复合滤料两侧的压差为55.3Pa；滤料的饱和磁化强度测得为6.02emu/g；使用粒径为300nm的Fe2O3单分散相颗粒作为测试粉尘，将复合滤料上游入口粉尘数浓度调整为300000个/cm3，含尘气流经过复合滤料过滤后检测到粉尘数浓度为14580个/cm3，得出复合滤料过滤效率为95.14％，对应的品质因子为0.0547；对滤料进行清灰测试，设置清灰时的喷吹压力为0.4MPa，喷吹时间为3s，测得前十次清灰滤料的平均再生效率为92.5％；对复合滤料进行容尘测试，在保持过滤风速不变的情况下，测得滤料表面颗粒累计量为3g/m3的条件下，测得滤料过滤阻力增长到78.8Pa，增长率为42.5％。
实施例2
一种过滤纳米金属氧化物粉尘颗粒复合滤料的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备永磁体基底：准备厚度为3mm，交叉网孔的面积大小为0.6cm2的金属网，金属网材质为铁、镍、钴中的一种或其合金，用无水乙醇去除表面杂质并干燥后，在金属网的下表面粘结直径为8mm的钕铁硼磁铁颗粒，粘结点为交叉网孔交接处；
(2)制备中间隔层：在金属网的上表面放置一层厚度为2mm的热塑性聚氨酯橡胶膜，然后在热塑性聚氨酯橡胶膜的正上方铺设一层丝网目数为50目、厚度为2mm的聚丙烯丝网，热塑性聚氨酯薄膜的作用是将聚丙烯丝网与金属网粘结在一起；在120℃和2MPa的表面压力下将聚丙烯丝网与金属网压合在一起制备成表面覆有聚丙烯丝网的永磁体基底，热压时间为5min；聚丙烯丝网的作用是作为基布为纺丝液即纳米纤维层提供支撑作用；
(3)调制纺丝液：将聚乙烯吡咯烷酮粉末溶解在无水乙醇中配置成聚乙烯吡咯烷酮溶液，聚乙烯吡咯烷酮粉末与无水乙醇的质量比为15：100；然后将粒径为70nm的磁性Fe3O4纳米颗粒加入到聚乙烯吡咯烷酮溶液中，磁性Fe3O4纳米颗粒与聚乙烯吡咯烷酮溶液的质量比为15：100，搅拌40min后将其倒入密封罐中，再将密封罐放置于30℃的温水中，使用频率为45kHz，振荡密度为10000W/m2的超声波对溶液进行震荡，震荡20min后调制成均匀分散的纺丝液；调制得到的纺丝液的表面张力为22.62mN/m，粘度为0.55Pa·s；进行充分搅拌和震荡是为了防止磁性纳米颗粒在溶液中聚集，使其分布更加均匀；选择磁性Fe3O4纳米颗粒的原因是因为它具有较好的铁磁性，在永磁体的作用下能够产生更强的磁场，且比其他金属氧化物颗粒的价格更低；
(4)制备纳米纤维层：将步骤(3)调制的纺丝液装入20ml自动注射器内，自动注射器使用内径为0.3mm针头，针头优选不锈钢材质，这样不易滞留纺丝液；自动注射器针头处与高压发生器的正极连接，高压发生器向自动注射器针头处施加16kV的直流电压；将步骤(2)制成的永磁体基底粘结有聚丙烯丝网的一面正对着放置于距离自动注射器针头20cm的下方位置，开启自动注射器，以3ml/h的挤出速度向聚丙烯丝网喷出纺丝液，纺丝液最终会固化成纳米纤维附着在基底表面，形成纳米纤维层；纳米纤维层中的纤维分布为经纬交叉网状结构，纤维直径为1.5μm，纳米纤维层的平均厚度为0.7mm，平均孔径1.7μm；
(5)清洗及干燥：当纳米纤维表层完全覆盖在基底表面后，将其取出放入装有乙醚溶剂中恒温水浴箱中进行清洗，溶剂温度控制在20℃，之后放入真空干燥箱中，在60℃的条件下干燥25h，制成复合滤料；
对本实施例制备所得复合滤料进行实验测试。设置复合滤料的过滤风速为2.5cm/s，测得复合滤料两侧的压差为59.7Pa；滤料的饱和磁化强度测得为8.54emu/g；使用粒径为300nm的Fe2O3单分散相颗粒作为测试粉尘，将复合滤料上游入口粉尘数浓度调整为300000个/cm3，含尘气流经过复合滤料过滤后检测到粉尘数浓度为7260个/cm3，得出复合滤料过滤效率为97.58％，对应的品质因子为0.0623；对滤料进行清灰测试，设置清灰时的喷吹压力为0.4MPa，喷吹时间为3s，测得前十次清灰滤料的平均再生效率为89.8％；对复合滤料进行容尘测试，在保持过滤风速不变的情况下，测得滤料表面颗粒累计量为3g/m3的条件下，测得滤料过滤阻力增长到85.8Pa，增长率为43.7％。
实施例3
一种过滤纳米金属氧化物粉尘颗粒复合滤料的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备永磁体基底：准备厚度为2mm，交叉网孔的面积大小为0.8cm2的金属网，金属网材质为铁、镍、钴中的一种或其合金，用无水乙醇去除表面杂质并干燥后，在金属网的下表面粘结直径为5mm的钕铁硼磁铁颗粒，粘结点为交叉网孔交接处；
(2)制备中间隔层：在金属网的上表面放置一层厚度为1mm的热塑性聚氨酯橡胶膜，然后在热塑性聚氨酯橡胶膜的正上方铺设一层丝网目数为45目、厚度为1mm的聚丙烯丝网，热塑性聚氨酯薄膜的作用是将聚丙烯丝网与金属网粘结在一起；在110℃和3MPa的表面压力下将聚丙烯丝网与金属网压合在一起制备成表面覆有聚丙烯丝网的永磁体基底，热压时间为4min；聚丙烯丝网的作用是作为基布为纺丝液即纳米纤维层提供支撑作用；
(3)调制纺丝液：将聚乙烯吡咯烷酮粉末溶解在无水乙醇中配置成聚乙烯吡咯烷酮溶液，聚乙烯吡咯烷酮粉末与无水乙醇的质量比为12：100；然后将粒径为80nm的磁性Fe3O4纳米颗粒加入到聚乙烯吡咯烷酮溶液中，磁性Fe3O4纳米颗粒与聚乙烯吡咯烷酮溶液的质量比为10：100，搅拌30min后将其倒入密封罐中，再将密封罐放置于20℃的温水中，使用频率为35kHz，振荡密度为8000W/m2的超声波对溶液进行震荡，震荡30min后调制成均匀分散的纺丝液；调制得到的纺丝液的表面张力为22.59mN/m，粘度为0.54Pa·s；进行充分搅拌和震荡是为了防止磁性纳米颗粒在溶液中聚集，使其分布更加均匀；选择磁性Fe3O4纳米颗粒的原因是因为它具有较好的铁磁性，在永磁体的作用下能够产生更强的磁场，且比其他金属氧化物颗粒的价格更低；
(4)制备纳米纤维层：将步骤(3)调制的纺丝液装入30ml自动注射器内，自动注射器使用内径为0.41mm针头，针头优选不锈钢材质，这样不易滞留纺丝液；自动注射器针头处与高压发生器的正极连接，高压发生器向自动注射器针头处施加16kV的直流电压；将步骤(2)制成的永磁体基底粘结有聚丙烯丝网的一面正对着放置于距离自动注射器针头15cm的下方位置，开启自动注射器，以5ml/h的挤出速度向聚丙烯丝网喷出纺丝液，纺丝液最终会固化成纳米纤维附着在基底表面，形成纳米纤维层；纳米纤维层中的纤维分布为经纬交叉网状结构，纤维直径为2.5μm，纳米纤维层的平均厚度为0.8mm，平均孔径2.1μm；
(5)清洗及干燥：当纳米纤维表层完全覆盖在基底表面后，将其取出放入装有丙酮溶剂中恒温水浴箱中进行清洗，溶剂温度控制在25℃，之后放入真空干燥箱中，在60℃的条件下干燥24h，制成复合滤料；
对本实施例制备所得复合滤料进行实验测试。设置复合滤料的过滤风速为2.5cm/s，测得复合滤料两侧的压差为46.7Pa；滤料的饱和磁化强度测得为5.15emu/g；使用粒径为300nm的Fe2O3单分散相颗粒作为测试粉尘，将复合滤料上游入口粉尘数浓度调整为300000个/cm3，含尘气流经过复合滤料过滤后检测到粉尘数浓度为19640个/cm3，得出复合滤料过滤效率为93.45％，对应的品质因子为0.0654；对滤料进行清灰测试，设置清灰时的喷吹压力为0.4MPa，喷吹时间为3s，测得前十次清灰滤料的平均再生效率为94.8％；对复合滤料进行容尘测试，在保持过滤风速不变的情况下，测得滤料表面颗粒累计量为3g/m3的条件下，测得滤料过滤阻力增长到64.9Pa，增长率为39.0％。
由上述分析可知，三个实施例制得的复合滤料经过测试，对纳米金属氧化物颗粒都具有较高的过滤效率，且过滤阻力保持一个较低水平；其中实施例2制备得到的复合滤料的过滤效率最高，适用于对颗粒物排放浓度标准要求更严格的作业场所；实施例3制得的复合滤料虽然过滤效率低于实施例1和实施例2，但具有更小的过滤阻力，且滤料的品质因子最高，容尘后的阻力增长率较低，说明该滤料的经济性能更好，使用寿命更长。
Claims (10)
1.一种过滤纳米金属氧化物粉尘颗粒复合滤料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备永磁体基底：准备具有交叉网孔的金属网，去除表面杂质并干燥后，在金属网的下表面粘结永磁体颗粒，粘结点为交叉网孔的交接处；
(2)制备中间隔层：在金属网的上表面依次铺设一层热塑性聚氨酯橡胶膜和一层聚丙烯丝网；采用热压方式将聚丙烯丝网与金属网压合在一起制备成表面覆有聚丙烯丝网的永磁体基底；
(3)调制纺丝液：将聚乙烯吡咯烷酮粉末溶解在无水乙醇中配置成聚乙烯吡咯烷酮溶液，然后将磁性纳米颗粒加入到聚乙烯吡咯烷酮溶液中，搅拌后将其转移至密封罐中，再将密封罐放置于20-30℃的温水中，超声波震荡后调制成均匀分散的纺丝液；
(4)制备纳米纤维层：将步骤(3)调制的纺丝液装入自动注射器内，将步骤(2)制备的永磁体基底粘结有聚丙烯丝网的一面正对着放置于距离自动注射器针头15-20cm的下方位置，开启自动注射器，使其向聚丙烯丝网喷出纺丝液，纺丝液最终固化成纳米纤维附着在聚丙烯丝网表面，形成纳米纤维层；
(5)清洗及干燥：当纳米纤维表层完全覆盖在聚丙烯丝网表面后，将其放入有机溶剂中进行清洗，再放入真空干燥箱中进行充分干燥，制成复合滤料；所述有机溶剂为二甲苯、丙酮、乙醚中的一种。
2.根据权利要求1所述的一种过滤纳米金属氧化物粉尘颗粒复合滤料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中聚乙烯吡咯烷酮粉末与无水乙醇的质量比为(12-15)：100；磁性纳米颗粒与聚乙烯吡咯烷酮溶液的质量比为(10-15)：100。
3.根据权利要求1或2所述的一种过滤纳米金属氧化物粉尘颗粒复合滤料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中热塑性聚氨酯橡胶膜的厚度为1-2mm，聚丙烯丝网的厚度为1-2mm，聚丙烯丝网目数为45-50目；热压条件为：热压温度为110-120℃、表面压力为2-3MPa、热压时间为3-5min。
4.根据权利要求1或2所述的一种过滤纳米金属氧化物粉尘颗粒复合滤料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中金属网材质为铁、镍、钴中的一种或其合金，厚度为2-3mm，交叉网孔的面积大小为0.5-0.8cm2；所述永磁体颗粒的材质为钕铁硼磁铁，颗粒直径大小为5-8mm。
5.根据权利要求1或2所述的一种过滤纳米金属氧化物粉尘颗粒复合滤料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中磁性纳米颗粒的材质为Fe3O4，粒径为40-80nm。
6.根据权利要求1或2所述的一种过滤纳米金属氧化物粉尘颗粒复合滤料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中搅拌时间为30-40min，超声波震荡时间为20～30min，用于超声波震荡的超声波，频率设置为35-45kHz，震荡密度为8000～10000W/m2。
7.根据权利要求1或2所述的一种过滤纳米金属氧化物粉尘颗粒复合滤料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中调制得到的纺丝液的表面张力为22.57-22.62mN/m，粘度为0.53-0.55Pa·s。
8.根据权利要求1或2所述的一种过滤纳米金属氧化物粉尘颗粒复合滤料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中调制的纺丝液装入20-25ml自动注射器内，自动注射器针头处与高压发生器的正极连接，高压发生器向自动注射器针头处施加直流电压；自动注射器针头内径为0.3-0.41mm，高压发生器在自动注射器针头处所施加的直流电压为14-16kV，自动注射器喷出纺丝液的速度为3-5ml/h。
9.根据权利要求1或2所述的一种过滤纳米金属氧化物粉尘颗粒复合滤料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中纳米纤维层中的纤维分布为经纬交叉网状结构，纤维直径为1-2.5μm，纳米纤维层的平均厚度为0.5-0.8mm，平均孔径1.0-2.1μm。
10.根据权利要求1或2所述的一种过滤纳米金属氧化物粉尘颗粒复合滤料的制备方法，其特征在于，步骤(5)中用于清洗的有机溶剂温度为20-30℃，真空干燥箱设置的温度为50-70℃，干燥时间为24-26h。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911165410.0A CN110876871B (zh) | 2019-11-25 | 2019-11-25 | 一种过滤纳米金属氧化物粉尘颗粒复合滤料的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911165410.0A CN110876871B (zh) | 2019-11-25 | 2019-11-25 | 一种过滤纳米金属氧化物粉尘颗粒复合滤料的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110876871A CN110876871A (zh) | 2020-03-13 |
| CN110876871B true CN110876871B (zh) | 2020-12-08 |
Family
ID=69730147
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201911165410.0A Active CN110876871B (zh) | 2019-11-25 | 2019-11-25 | 一种过滤纳米金属氧化物粉尘颗粒复合滤料的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110876871B (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5603830A (en) * | 1995-05-24 | 1997-02-18 | Kimberly-Clark Corporation | Caffeine adsorbent liquid filter with integrated adsorbent |
| CN107413115A (zh) * | 2017-05-05 | 2017-12-01 | 孝感双华应用科技开发有限公司 | 一种纳米滤料的制备方法 |
| CN107557913A (zh) * | 2017-08-01 | 2018-01-09 | 东华大学 | 一种二维网状极细碳纳米纤维材料及其制备方法 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW200914113A (en) * | 2007-09-20 | 2009-04-01 | Univ Southern Taiwan | Magnetic plastic film filtering device and method thereof |
| US8206484B2 (en) * | 2008-08-13 | 2012-06-26 | Dow Global Technologies Llc | Process for producing micron and submicron fibers and nonwoven webs by melt blowing |
| CN102068995B (zh) * | 2011-01-11 | 2012-10-24 | 河北师范大学 | 一种用于降解染料废水的纳米磁性核壳催化剂的制备方法 |
| CN104399307A (zh) * | 2014-09-11 | 2015-03-11 | 刘飞宇 | 滤清器的制作工艺 |
| CN105040280B (zh) * | 2015-06-26 | 2017-06-20 | 中国人民解放军南京军区南京总医院 | 聚丙烯网片/静电纺丝纳米纤维膜及其制备方法和应用 |
| KR102002557B1 (ko) * | 2017-06-28 | 2019-07-22 | 서민영 | 철 함유된 미세 입자 여과 장치 및 그 제작 방법 |
| CN108187406A (zh) * | 2017-12-18 | 2018-06-22 | 厦门市浩铂科技股份有限公司 | 一种复合滤芯及其生产方法 |
| CN110013726B (zh) * | 2019-04-30 | 2021-09-21 | 东华大学 | 一种脱除磁性细颗粒用磁性复合无纺滤袋及制备方法 |
-
2019
- 2019-11-25 CN CN201911165410.0A patent/CN110876871B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5603830A (en) * | 1995-05-24 | 1997-02-18 | Kimberly-Clark Corporation | Caffeine adsorbent liquid filter with integrated adsorbent |
| CN107413115A (zh) * | 2017-05-05 | 2017-12-01 | 孝感双华应用科技开发有限公司 | 一种纳米滤料的制备方法 |
| CN107557913A (zh) * | 2017-08-01 | 2018-01-09 | 东华大学 | 一种二维网状极细碳纳米纤维材料及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110876871A (zh) | 2020-03-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108796823B (zh) | 高效低阻微纳米纤维微观梯度结构过滤材料及其制备方法 | |
| CN105926161B (zh) | 一种具有梯度结构的粗细组合纳米纤维空气过滤材料的制备方法 | |
| CN104722216B (zh) | 一种复合空气过滤膜的制备方法 | |
| CN106268636B (zh) | 氨基化碳纳米管掺杂的碳纳米纤维吸附材料及其制备方法 | |
| CN109339681B (zh) | 一种pvdf/go复合纳米纤维防雾霾窗纱及其制备方法 | |
| CN105999852B (zh) | 一种具有梯度结构的微珠/纳米纤维复合空气过滤材料及其制备方法 | |
| CN108176249B (zh) | 一种碳化硅纳米纤维膜的制备方法 | |
| KR20110121836A (ko) | 초극세 연속 섬유상 세라믹 필터 및 이의 제조방법 | |
| CN106835325A (zh) | 一种电磁一体化纳米纤维滤材及其制备与活化方法 | |
| CN107503044B (zh) | 用于空气净化的负载zif-8的二氧化硅纳米纤维膜的制备方法 | |
| CN113368712B (zh) | 一种高效空气过滤复合纳米纤维膜及其制备方法 | |
| CN106041101A (zh) | 一种复合金属多孔管及其制备方法 | |
| CN103451850A (zh) | 荷正电陶瓷微纳米纤维膜的制备方法 | |
| CN213253545U (zh) | 一种空气净化滤膜及空气净化器 | |
| CN110876871B (zh) | 一种过滤纳米金属氧化物粉尘颗粒复合滤料的制备方法 | |
| CN106757424A (zh) | 一种制备具有立体结构纤维膜的静电纺丝法及静电纺丝机 | |
| CN207253928U (zh) | 一种空气净化设备及空气净化组件 | |
| CN106390766A (zh) | 一种具有自清洁功能的仿鼻腔纤毛结构过滤材料 | |
| CN204147696U (zh) | 空气净化器 | |
| KR102116377B1 (ko) | 미세먼지 차단용 필터 제조 방법 | |
| CN113308753A (zh) | 一种高温可吸附的多孔聚酰亚胺纳米纤维及其制备方法和应用 | |
| CN103706182A (zh) | 一种球线组合型复合纤维空气过滤材料及其制备方法 | |
| CN109011922A (zh) | 一种基于tpu纳米纤维的pm2.5过滤网膜的制备方法 | |
| CN111013272A (zh) | 一种pvdf树枝结构的纳米纤维空气过滤材料及其制备方法 | |
| CN104606970B (zh) | 一种吸附-过滤双功能电催化去除甲醛的空气净化器 |
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 | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |