CN110975435A - 一种工业除尘的复合过滤材料及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及除尘过滤材料技术领域，尤其是一种工业除尘的复合过滤材料，其原料按重量计算的配方如下：石墨烯复合阻燃母粒5‑15份、热塑性高分子树脂60‑70份、HEPA过滤纤维20‑30份、石墨烯碳酸酐酶溶液25‑40份、粘合剂15‑20份。本发明通过将石墨烯与阻燃剂在表面改性剂的作用下复合与高分子材料中，使得石墨烯与阻燃剂产生协同作用，降低阻燃剂用量，达到优良的阻燃性能，提高安全性。

Description

一种工业除尘的复合过滤材料及其制备工艺
技术领域
本发明涉及除尘过滤材料技术领域，尤其涉及一种工业除尘的复合过滤材料及其制备工艺。
背景技术
随着工业的发展，空气污染越来越严重，关于空气净化的需求也越来越大，家庭的空气需要净化，车辆内部需要空气净化，公共场所需要空气净化，还有生产车间需要空气净化，一般用到空气净化设备，空气净化设备可以使受到污染的空气被洁净到生产、生活所需要的状态，也就是使空气达到一定的洁净度。目前市场上所有的空气净化器，在净化空气过程中，都是依靠过滤材料对空气进行过滤净化，其原理是依靠第一层粗滤网阻挡大颗粒灰尘和动物毛发等，第二层为HEPA过滤层，将PM2.5、粉尘、细菌等微小的有害物质隔离，第三层为活性炭吸附层，吸附TVOC气体；但是，这样的过滤材料只能起到对空气中有害物质颗粒起到阻挡、隔离、吸附的作用，无法吸收空气中排放的大量的温室气体二氧化碳，同时，现有技术过滤材料的阻燃性差，导致安全性低。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在阻燃性差的缺点，而提出的一种工业除尘的复合过滤材料制备工艺。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
设计一种工业除尘的复合过滤材料制备工艺，其原料按重量计算的配方如下：石墨烯复合阻燃母粒5-15份、热塑性高分子树脂60-70份、HEPA过滤纤维20-30份、石墨烯碳酸酐酶溶液25-40份、粘合剂15-20份。
优选的，所述石墨烯复合阻燃母粒的原料包括石墨烯原料、阻燃剂、热塑性高分子树脂和表面改性剂；所述石墨烯复合阻燃母粒的原料按质量的百分比计算，石墨烯原料5％-10％、阻燃剂15％-20％、热塑性高分子树脂70％-75％，表面改性剂10％-15％。
优选的，所述石墨烯碳酸酐酶溶液的原料包括碳酸酐酶、改性石墨烯粉体、稀释缓冲液和交联剂；所述石墨烯碳酸酐酶溶液的原料按质量百分比计算，碳酸酐酶1％-5％，改性石墨烯粉体1％-10％、交联剂5％-10％,稀释缓冲液80％-95％。
优选的，所述稀释缓冲液包括Tris-HCl缓冲液、氯化镁溶液、氯化钠溶液和蛋白复性稀释液，其中，每100ml稀释缓冲液中，Tris-HCl缓冲液为15-30mM，氯化镁溶液为2-5mM，氯化钠溶液为2-5mM，余量均为蛋白复性稀释液。
优选的，所述改性石墨烯粉体选择氧化石墨烯、偶联剂改性氧化石墨烯、阳离子表面活性剂改性氧化石墨烯、氨基化合物改性氧化石墨烯、溴代烷烃改性石墨烯、氨基化合物改性石墨烯、聚乙烯吡咯烷酮改性石墨烯的任意一种或多种的组合。
优选的，所述HEPA过滤纤维选择PP滤纸纤维、玻璃纤维、复合PP-PET滤纸纤维、熔喷涤纶无纺布和熔喷玻璃纤维等中的任意一种；其中，PP滤纸纤维是以聚丙烯为原料经专用热熔法制成的新型过滤材料，复合PP-PET滤纸纤维是聚丙烯和涤纶树脂复合的滤纸纤维。
优选的，所述粘合剂选择磷酸钙、羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素、羧乙基纤维素、糊精、葡萄糖结合剂、纤基乙酸钠、预胶凝淀粉、甘氨酸、聚环氧乙烷、聚甲基丙烯酸甲酯、淀粉、玉米蛋白，山梨糖醇、麦芽糖、液体葡萄糖、聚乙烯醇、明胶、瓜尔胶、可压缩糖、硅酸铝镁、麦芽糊精、聚维酮、海藻酸钠、直链淀粉、膨润土、磷酸氢二钠的任意一种或多种的组合。
本发明还提供一种工业除尘的复合过滤材料的制备工艺，包括如下步骤：
步骤1：按照配比称取适量的石墨烯原料粉体与阻燃剂粉体，先机械搅拌物理混合均匀，再加入表面改性剂在球磨机中进行球磨分散改性，制备出粉体表面包裹有表面改性剂石墨烯-阻燃剂均匀混合粉体；
步骤2：将步骤1制备的石墨烯-阻燃剂混合粉体与热塑性高分子树脂在挤出机中进行熔融共混造粒，制备石墨烯复合阻燃母粒待用；
步骤3：按比例称取适量石墨烯粉体溶解于去离子水与乙醇混合溶液中，经过超声分散制备石墨烯均匀分散液，再加入硅烷偶联剂，加热回流，最后将溶剂蒸发获得的糊状产物用去离子水与无水乙醇进行冲洗抽滤并真空烘干，制得改性石墨烯粉体；
步骤4：按照配比称取适量的Tris-HCl缓冲液、MgCl2、NaCl溶解于蛋白复性稀释液中，制得稀释缓冲液；然后按照配比将步骤3改性石墨烯粉体与稀释缓冲液混合，经过超声分散，使得改性石墨烯均匀分散在稀释缓冲液中，调节pH值，最后加入适量的碳酸酐酶与双元醛类交联剂，搅拌活化，制备出改性石墨烯碳酸酐酶溶液；
步骤5：在步骤4制备的石墨烯碳酸酐酶溶液中加入粘合剂，然后加入步骤2中的石墨烯复合阻燃母粒，充分搅拌，制备出具有阻燃性的石墨烯碳酸酐酶涂覆浆料，再用该浆料对HEPA网进行浸泡与涂覆，烘干，制备出含有石墨烯、碳酸酐酶的复合过滤材料。
优选的，石墨烯复合碳酸酐酶过滤材料是由HEPA过滤纤维与石墨烯碳酸酐酶涂覆浆料经过浸泡、涂覆后制得的，其中石墨烯碳酸酐酶涂覆浆料是由石墨烯碳酸酐酶溶液与粘合剂复合而成，石墨烯碳酸酐酶溶液由改性石墨烯粉体、碳酸酐酶、稀释缓冲液、交联剂制备而成。
本发明提出的一种工业除尘的复合过滤材料，有益效果在于：
1、本发明通过将石墨烯与阻燃剂在表面改性剂的作用下复合与高分子材料中，使得石墨烯与阻燃剂产生协同作用，降低阻燃剂用量，达到优良的阻燃性能，提高安全性；
2、本发明通过石墨烯的超强吸附能力，可以吸附气体中的水分，流经过滤材料的气体中的二氧化碳与石墨烯微片上水分在碳酸酐酶的催化下发生水合反应，从可以实现对二氧化碳的吸附与去除。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1：
一种工业除尘的复合过滤材料制备工艺，其原料按重量计算的配方如下：石墨烯复合阻燃母粒5-15份、热塑性高分子树脂60-70份、HEPA过滤纤维20-30份、石墨烯碳酸酐酶溶液25-40份、粘合剂15-20份。
其中，石墨烯复合阻燃母粒的原料包括石墨烯原料、阻燃剂、热塑性高分子树脂和表面改性剂；石墨烯复合阻燃母粒的原料按质量的百分比计算，石墨烯原料5％-10％、阻燃剂15％-20％、热塑性高分子树脂70％-75％，表面改性剂10％-15％；石墨烯碳酸酐酶溶液的原料包括碳酸酐酶、改性石墨烯粉体、稀释缓冲液和交联剂；石墨烯碳酸酐酶溶液的原料按质量百分比计算，碳酸酐酶1％-5％，改性石墨烯粉体1％-10％、交联剂5％-10％,稀释缓冲液80％-95％；稀释缓冲液包括Tris-HCl缓冲液、氯化镁溶液、氯化钠溶液和蛋白复性稀释液，其中，每100ml稀释缓冲液中，Tris-HCl缓冲液为15-30mM，氯化镁溶液为2-5mM，氯化钠溶液为2-5mM，余量均为蛋白复性稀释液。
本发明通过将石墨烯与阻燃剂在表面改性剂的作用下复合与高分子材料中，使得石墨烯与阻燃剂产生协同作用，降低阻燃剂用量，达到优良的阻燃性能，提高安全性。
实施例2：
作为本发明的另一优选实施例，与实施例1的区别在于，改性石墨烯粉体选择氧化石墨烯、偶联剂改性氧化石墨烯、阳离子表面活性剂改性氧化石墨烯、氨基化合物改性氧化石墨烯、溴代烷烃改性石墨烯、氨基化合物改性石墨烯、聚乙烯吡咯烷酮改性石墨烯的任意一种或多种的组合，HEPA过滤纤维选择PP滤纸纤维、玻璃纤维、复合PP-PET滤纸纤维、熔喷涤纶无纺布和熔喷玻璃纤维等中的任意一种；其中，PP滤纸纤维是以聚丙烯为原料经专用热熔法制成的新型过滤材料，复合PP-PET滤纸纤维是聚丙烯和涤纶树脂复合的滤纸纤维；
粘合剂选择磷酸钙、羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素、羧乙基纤维素、糊精、葡萄糖结合剂、纤基乙酸钠、预胶凝淀粉、甘氨酸、聚环氧乙烷、聚甲基丙烯酸甲酯、淀粉、玉米蛋白，山梨糖醇、麦芽糖、液体葡萄糖、聚乙烯醇、明胶、瓜尔胶、可压缩糖、硅酸铝镁、麦芽糊精、聚维酮、海藻酸钠、直链淀粉、膨润土、磷酸氢二钠的任意一种或多种的组合。
本发明还提供了一种工业除尘的复合过滤材料的制备工艺，包括如下步骤：
步骤1：按照配比称取适量的石墨烯原料粉体与阻燃剂粉体，先机械搅拌物理混合均匀，再加入表面改性剂在球磨机中进行球磨分散改性，制备出粉体表面包裹有表面改性剂石墨烯-阻燃剂均匀混合粉体；
步骤2：将步骤1制备的石墨烯-阻燃剂混合粉体与热塑性高分子树脂在挤出机中进行熔融共混造粒，制备石墨烯复合阻燃母粒待用；
步骤3：按比例称取适量石墨烯粉体溶解于去离子水与乙醇混合溶液中，经过超声分散制备石墨烯均匀分散液，再加入硅烷偶联剂，加热回流，最后将溶剂蒸发获得的糊状产物用去离子水与无水乙醇进行冲洗抽滤并真空烘干，制得改性石墨烯粉体；
步骤4：按照配比称取适量的Tris-HCl缓冲液、MgCl2、NaCl溶解于蛋白复性稀释液中，制得稀释缓冲液；然后按照配比将步骤3改性石墨烯粉体与稀释缓冲液混合，经过超声分散，使得改性石墨烯均匀分散在稀释缓冲液中，调节pH值，最后加入适量的碳酸酐酶与双元醛类交联剂，搅拌活化，制备出改性石墨烯碳酸酐酶溶液；
步骤5：在步骤4制备的石墨烯碳酸酐酶溶液中加入粘合剂，然后加入步骤2中的石墨烯复合阻燃母粒，充分搅拌，制备出具有阻燃性的石墨烯碳酸酐酶涂覆浆料，再用该浆料对HEPA网进行浸泡与涂覆，烘干，制备出含有石墨烯、碳酸酐酶的复合过滤材料。
其中，石墨烯复合碳酸酐酶过滤材料是由HEPA过滤纤维与石墨烯碳酸酐酶涂覆浆料经过浸泡、涂覆后制得的，其中石墨烯碳酸酐酶涂覆浆料是由石墨烯碳酸酐酶溶液与粘合剂复合而成，石墨烯碳酸酐酶溶液由改性石墨烯粉体、碳酸酐酶、稀释缓冲液、交联剂制备而成。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种工业除尘的复合过滤材料，其特征在于，其原料按重量计算的配方如下：石墨烯复合阻燃母粒5-15份、热塑性高分子树脂60-70份、HEPA过滤纤维20-30份、石墨烯碳酸酐酶溶液25-40份、粘合剂15-20份。
2.根据权利要求1所述的一种工业除尘的复合过滤材料，其特征在于，所述石墨烯复合阻燃母粒的原料包括石墨烯原料、阻燃剂、热塑性高分子树脂和表面改性剂；所述石墨烯复合阻燃母粒的原料按质量的百分比计算，石墨烯原料5％-10％、阻燃剂15％-20％、热塑性高分子树脂70％-75％，表面改性剂10％-15％。
3.根据权利要求1所述的一种工业除尘的复合过滤材料，其特征在于，所述石墨烯碳酸酐酶溶液的原料包括碳酸酐酶、改性石墨烯粉体、稀释缓冲液和交联剂；所述石墨烯碳酸酐酶溶液的原料按质量百分比计算，碳酸酐酶1％-5％，改性石墨烯粉体1％-10％、交联剂5％-10％,稀释缓冲液80％-95％。
4.根据权利要求3所述的一种工业除尘的复合过滤材料，其特征在于，所述稀释缓冲液包括Tris-HCl缓冲液、氯化镁溶液、氯化钠溶液和蛋白复性稀释液，其中，每100ml稀释缓冲液中，Tris-HCl缓冲液为15-30mM，氯化镁溶液为2-5mM，氯化钠溶液为2-5mM，余量均为蛋白复性稀释液。
5.根据权利要求3所述的一种工业除尘的复合过滤材料，其特征在于，所述改性石墨烯粉体选择氧化石墨烯、偶联剂改性氧化石墨烯、阳离子表面活性剂改性氧化石墨烯、氨基化合物改性氧化石墨烯、溴代烷烃改性石墨烯、氨基化合物改性石墨烯、聚乙烯吡咯烷酮改性石墨烯的任意一种或多种的组合。
6.根据权利要求1所述的一种工业除尘的复合过滤材料，其特征在于，所述HEPA过滤纤维选择PP滤纸纤维、玻璃纤维、复合PP-PET滤纸纤维、熔喷涤纶无纺布和熔喷玻璃纤维等中的任意一种；其中，PP滤纸纤维是以聚丙烯为原料经专用热熔法制成的新型过滤材料，复合PP-PET滤纸纤维是聚丙烯和涤纶树脂复合的滤纸纤维。
7.根据权利要求1所述的一种工业除尘的复合过滤材料，其特征在于，所述粘合剂选择磷酸钙、羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素、羧乙基纤维素、糊精、葡萄糖结合剂、纤基乙酸钠、预胶凝淀粉、甘氨酸、聚环氧乙烷、聚甲基丙烯酸甲酯、淀粉、玉米蛋白，山梨糖醇、麦芽糖、液体葡萄糖、聚乙烯醇、明胶、瓜尔胶、可压缩糖、硅酸铝镁、麦芽糊精、聚维酮、海藻酸钠、直链淀粉、膨润土、磷酸氢二钠的任意一种或多种的组合。
8.一种根据权利要求1-7之一所述的工业除尘的复合过滤材料的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：按照配比称取适量的石墨烯原料粉体与阻燃剂粉体，先机械搅拌物理混合均匀，再加入表面改性剂在球磨机中进行球磨分散改性，制备出粉体表面包裹有表面改性剂石墨烯-阻燃剂均匀混合粉体；
步骤2：将步骤1制备的石墨烯-阻燃剂混合粉体与热塑性高分子树脂在挤出机中进行熔融共混造粒，制备石墨烯复合阻燃母粒待用；
步骤3：按比例称取适量石墨烯粉体溶解于去离子水与乙醇混合溶液中，经过超声分散制备石墨烯均匀分散液，再加入硅烷偶联剂，加热回流，最后将溶剂蒸发获得的糊状产物用去离子水与无水乙醇进行冲洗抽滤并真空烘干，制得改性石墨烯粉体；
步骤4：按照配比称取适量的Tris-HCl缓冲液、MgCl2、NaCl溶解于蛋白复性稀释液中，制得稀释缓冲液；然后按照配比将步骤3改性石墨烯粉体与稀释缓冲液混合，经过超声分散，使得改性石墨烯均匀分散在稀释缓冲液中，调节pH值，最后加入适量的碳酸酐酶与双元醛类交联剂，搅拌活化，制备出改性石墨烯碳酸酐酶溶液；
步骤5：在步骤4制备的石墨烯碳酸酐酶溶液中加入粘合剂，然后加入步骤2中的石墨烯复合阻燃母粒，充分搅拌，制备出具有阻燃性的石墨烯碳酸酐酶涂覆浆料，再用该浆料对HEPA网进行浸泡与涂覆，烘干，制备出含有石墨烯、碳酸酐酶的复合过滤材料。
9.根据权利要求8所述的一种工业除尘的复合过滤材料的制备工艺，其特征在于，石墨烯复合碳酸酐酶过滤材料是由HEPA过滤纤维与石墨烯碳酸酐酶涂覆浆料经过浸泡、涂覆后制得的，其中石墨烯碳酸酐酶涂覆浆料是由石墨烯碳酸酐酶溶液与粘合剂复合而成，石墨烯碳酸酐酶溶液由改性石墨烯粉体、碳酸酐酶、稀释缓冲液、交联剂制备而成。
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