CN111420463B - 一种纳米碳材料复合滤材及其制备方法和用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种纳米碳材料复合滤材及其制备方法和用途，所述制备方法包括如下步骤：(1)将基体纤维进行开松、梳理、铺网处理，得到待针刺基体；(2)将纳米碳材料经过针刺处理注入步骤(1)所述待针刺基体，得到纳米碳材料复合滤材。本发明所述制备方法采用针刺处理的注入方式，在针刺加工形成非织布的同时，将纳米碳材料在基材纤维之间均匀分散，并在基体纤维的表面形成组装，进而制备得到均匀负载有纳米碳材料的复合滤材，且纳米碳材料负载质量分数为0.5％‑10％；此外，所述制备方法可以通过功能化调控纳米碳材料，进一步实现对纳米碳材料复合滤材的功能化设计，还具有操作简单、省时省力的优点。

Description

一种纳米碳材料复合滤材及其制备方法和用途
技术领域
本发明涉及材料改性领域，尤其涉及一种纳米碳材料复合滤材及其制备方法和用途。
背景技术
纳米碳材料是指分散相尺度至少有一维小于100nm的碳材料。分散相既可以由碳原子组成，也可以由异种原子(非碳原子)组成，甚至可以是纳米孔。碳纳米材料化学性质稳定、耐高温，具有超高比表面积和可功能化调控等特性，是一类理想的过滤吸附材料。
非织布，又称无纺布，是一种不需要纺纱织布而形成的织物，只是将纺织短纤维或者长丝进行定向或随机排列，形成纤网结构，然后采用机械、热粘或化学等方法加固而成，是一种具有柔软、透气和平面结构的新型纤维制品，其中，应用于过滤吸附功能的非织布称为非织滤材。
非织滤材具有三维的纤维网状结构，大量存在的微孔结构具有良好的渗透性，在相同的有效通过面积下，非织滤材的过滤效率远高于机织滤材，还具有纤网结构可控、可加工性好、过滤效率高、成本低等优点，是一类重要的过滤材料，在过滤行业的应用十分广泛。但是，非织滤材受纤维性质的制约，功能可设计性有限。因此，采用纳米碳材料对纤维表面进行改性，制备复合型功能滤材具有广泛应用前景。
由于纳米碳材料的表面能较高，凝聚形态以粉体和液相分散体系为主，易团聚，不适合单独作为过滤材料使用。目前，制备功能化非织滤材的方法一般是先制备非织滤材，再通过喷覆或浸渍的方式负载上功能材料，该类方法仅能保证对非织滤材的表层进行功能化处理，但是很难对非织滤材的纤维进行功能化处理，从而很难实现功能材料的均匀性负载修饰。
CN1539531A公开了一种灭菌抗病毒口罩及其制备方法，所述制备方法包括制备超双疏阻隔织物层、除菌消毒织物层、吸附抗菌织物层、超双疏阻织物隔层、接触保护层；将上述制备得到的五个功能织物层由外向里依次叠落缝合在一起后，再缝接上四个角带即得灭菌抗病毒口罩，其中所述除菌消毒织物层可以是将无机抗菌剂溶胶喷涂在织物上，经哄干，然后再喷涂纳米氧化钛或纳米氧化钛的复合物溶胶，经烘干后得到；所述吸附抗菌织物层可以是将抗菌功能成分喷涂在含有活性炭织物上，经滚压、哄干后得到。所述制备方法通过喷涂的方式负载上功能材料，仅能保证对非织滤材的表层进行功能化处理，很难对非织滤材的纤维进行功能化处理，从而很难实现功能材料的均匀性负载修饰。
CN108854261A公开了一种石墨烯高效空气净化器滤材的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：将HEPA滤棉置于无水乙醇中清洗10-20min，置于真空干燥箱中烘干，待用；制备氧化石墨烯溶液；将硝酸银水溶液和鞣酸水溶液先后滴加到氧化石墨烯溶液中，得到纳米银/石墨烯溶液；在纳米银/石墨烯溶液中加入乙二胺和氨水，充分搅拌均匀，得到混合溶液；将烘干后的HEPA滤棉浸渍于混合溶液中30-60min，然后烘干后再浸渍于二甲基硅氧烷溶液中4-7h，烘干后即可得到石墨烯高效空气净化器滤材。所述制备方法通过浸渍的方法负载上功能材料，不仅很难保证功能材料的均匀性负载修饰，还具有操作繁琐、耗时较长等缺点。
CN108786751A公开了一种石墨烯高效空气净化器滤材及制备方法，所述制备方法包括如下步骤：制备改性丝瓜络，制备石墨烯材料分散液，将改性丝瓜络浸入石墨烯分散液中，最终制备得到石墨烯滤材。所述制备方法通过将改性丝瓜络进入石墨烯分散液中，使得改性丝瓜络能够负载上石墨烯功能材料，但是负载过程涉及碱液加入、氩气保护气下的管式炉加热处理、透析和冻干处理等，操作繁琐、耗时较长，而且很难保证功能材料的均匀性负载修饰。
综上所述，亟需开发一种行之有效的纳米碳材料复合滤材的制备方法，进而制备得到均匀性负载纳米碳材料的复合滤材。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种纳米碳材料复合滤材及其制备方法，所述制备方法采用针刺处理，将表面能高、易团聚的纳米碳材料注入基体纤维中，并在基体纤维的表面完成组装，使得针刺加工形成非织布和纳米碳材料负载过程同时进行，进而得到均匀负载有纳米碳材料的复合滤材。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的目的之一在于提供一种纳米碳材料复合滤材的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将基体纤维进行开松、梳理、铺网处理，得到待针刺基体；
(2)将纳米碳材料经过针刺处理注入步骤(1)所述待针刺基体，得到纳米碳材料复合滤材。
本发明所述制备方法通过针刺处理，可以将纳米碳材料均匀地注入基体纤维中，使得基体纤维在形成三维复杂结构的同时能够在基体纤维的表面组装上纳米碳材料，进而制备得到均匀负载有纳米碳材料的复合滤材，且纳米碳材料负载质量分数为0.5％-10％；此外，所述制备方法可以通过功能化调控纳米碳材料，进一步实现对纳米碳材料复合滤材的功能化设计，还具有操作简单、省时省力的优点。
本发明所述针刺处理是非织滤材的主要加工方法，可以将纳米碳材料均匀分散在基体纤维的表面，进而形成稳定组装，从而有助于制备出高效功能性复合滤材，为过滤性能的进一步提高提供可规模化的解决方案。
本发明所述功能化调控纳米碳材料，包括油水亲疏性的调控、对粒子的选择性吸附的调控、抑制微生物生长的调控、防辐射等，通过功能化处理的纳米碳材料在基体纤维表面不同的组装形式，实现对纳米碳材料复合滤材的功能化设计，可应用于多种复杂特殊环境的吸附与过滤。
作为本发明优选的技术方案，在步骤(1)之前，对所述基体纤维进行等离子体预处理。
本发明所述等离子预处理可以对基体纤维表面进行改性，有助于后续纳米碳材料均匀地负载在基体纤维表面，有效地提高了纳米碳材料的负载量和负载稳定性。
优选地，所述等离子体预处理包括采用气体等离子体和/或金属等离子体进行预处理，本领域技术人员可以根据实际情况进行合理选择。
优选地，所述气体等离子体包括氢、氧、氩、氮或空气中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性的实例是：氢和氧的组合，氧和氩的组合，氩和氮的组合，氮和空气的组合或氢和空气的组合等。
优选地，所述金属等离子体包括铜、银或锌中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性的实例是：铜和银的组合，银和锌的组合或铜和锌的组合等。
在本发明所述等离子体中，氢等离子体可以对基体纤维的表面接氢；氧等离子体能够使得基体纤维的表面接含氧基团，如羟基、羧基等；氩等离子体可以对基体纤维的表面进行刻蚀，获得粗糙的纤维表面结构。因此，不同等离子体对同一材料有着不同性能的表面修饰作用，而不同的材料也可采用相应等离子体进行表面修饰，以期在基体纤维的表面负载上相应的功能化纳米碳材料。
优选地，所述等离子体预处理的时间为10-60min，例如10min、20min、30min、40min、50min或60min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述基体纤维包括乙纶、丙纶、尼龙、涤纶、腈纶、芳纶、聚苯硫醚纤维、芳砜纶、芳纶纤维、聚四氟乙烯纤维或玻璃纤维中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性的实例是：乙纶和丙纶的组合，尼龙和涤纶的组合，腈纶和芳纶的组合，聚苯硫醚纤维和芳砜纶的组合，芳纶纤维和聚四氟乙烯纤维的组合或聚四氟乙烯纤维和玻璃纤维的组合等。
本发明所述基体纤维主要是高分子纤维，更有利于纳米碳材料和基体纤维的表面进行组装，进行制备得到纳米碳材料负载均匀且稳定的复合滤材，有效解决了纳米碳材料在复合滤材中的存在形态和负载问题。
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述纳米碳材料为带有纳米碳材料的液相分散体系。
优选地，所述液相分散体系中的液体包括乙醇水溶液、聚乙烯吡咯烷酮水溶液、胆酸钠水溶液或去离子水中的任意一种或至少两种的混合液，一般控制水溶液中溶质的质量百分含量在10％以内，本领域技术人员可以根据实际情况进行合理选择。
优选地，采用超声对步骤(2)所述纳米碳材料进行分散处理。
本发明所述采用超声的方法可以防止待负载的纳米碳材料发生团聚，尤其可以有效防止带有纳米碳材料的液相分散体系发生团聚，从而保证后续针刺注入时，纳米碳材料能够在基材纤维之间均匀分散。
优选地，所述超声包括脉冲式和/或连续式，本领域技术人员可以根据实际情况进行合理选择。
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述纳米碳材料的注入量为1-2000mL/min，例如1mL/min、5mL/min、10mL/min、30mL/min、50mL/min、80mL/min、100mL/min、300mL/min、500mL/min、700mL/min、1000mL/min、1200mL/min、1500mL/min、1800mL/min或2000mL/min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述针刺处理包括预针刺和主针刺。
优选地，所述预针刺的频率为30-150刺/min，例如30刺/min、50刺/min、70刺/min、90刺/min、100刺/min、110刺/min、130刺/min或150刺/min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述预针刺的时间为5-60min，例如5min、10min、15min、20min、25min、30min、35min、40min、45min、50min、55min或60min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述主针刺的频率为100-350刺/min，例如100刺/min、120刺/min、150刺/min、180刺/min、200刺/min、230刺/min、250刺/min、280刺/min、300刺/min、330刺/min或350刺/min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述主针刺的时间为5-60min，例如5min、10min、15min、20min、25min、30min、35min、40min、45min、50min、55min或60min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述主针刺的针刺深度为2-10mm，例如2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm或10mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述主针刺的针刺道数为1-10道，例如1道、2道、3道、4道、5道、6道、7道、8道、9道或10道等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述纳米碳材料包括石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管或炭黑中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性的实例是：石墨烯和氧化石墨烯的组合，石墨烯和碳纳米管的组合，碳纳米管和炭黑的组合或石墨烯和炭黑的组合等。
本发明所述制备方法中的功能材料并不仅限于纳米碳材料，其他功能材料，例如四氧化三铁、氧化亚铁、氧化亚钴等过渡金属氧化物的纳米颗粒，或者氟硅烷、甲基丙烯酸甲酯、聚丁苯咪酯等具有亲疏性的有机材料的纳米颗粒，同样适用于本发明所述制备方法，本领域技术人员可以根据实际情况选择适宜的条件。
优选地，步骤(2)所述针刺处理后，经热轧制固化成型得到所述纳米碳材料复合滤材。
作为本发明优选的技术方案，所述制备方法包括如下步骤：
(1)对基体纤维进行等离子体预处理，然后将处理后的基体纤维进行开松、梳理、铺网处理，得到待针刺基体；
(2)带有纳米碳材料的液相分散体系经过预针刺、主针刺注入步骤(1)所述待针刺基体，经热轧制固化成型得到纳米碳材料复合滤材；
其中，采用超声对所述纳米碳材料进行分散处理；所述纳米碳材料的注入量为1-2000mL/min；所述预针刺的频率为30-150刺/min，预针刺的时间为5-60min，所述主针刺的频率为100-350刺/min，主针刺的时间为5-60min，针刺深度为2-10mm，针刺道数为1-10道。
本发明所述制备方法对基体纤维进行选择性的等离子体预处理，使得基体纤维表面得到改性，更有利于纳米碳材料在纤维表面上的稳定负载，然后经针刺加工常规的开松、梳理、铺网处理得到待针刺基体，随后经过预针刺、超声辅助主针刺，使得基体纤维在形成三维复杂结构的同时能够在基体纤维的表面组装上纳米碳材料，最后经热轧制固化成型得到纳米碳材料复合滤材；此外，所述制备方法可以通过功能化调控纳米碳材料，进一步实现对纳米碳材料复合滤材的功能化设计，具有操作简单、省时省力、适用范围广泛的优点。
本发明的目的之二在于提供一种纳米碳材料复合滤材，采用目的之一所述制备方法制备得到。
作为本发明优选的技术方案，所述纳米碳材料复合滤材中纳米碳材料负载质量分数为0.5％-10％，例如0.5％、1％、2％、2.5％、3％、4％、5％、5.5％、6％、7％、7.5％、8％、9％、9.5％或10％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明的目的之三在于提供一种目的之二所述的纳米碳材料复合滤材的用途，所述纳米碳材料滤材用作过滤材料、吸附材料、油水分离材料、抗菌材料、防辐射材料或催化降解材料，本领域技术人员可以根据实际情况进行合理选择。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明所述制备方法采用针刺处理的注入方式，将纳米碳材料在基材纤维之间均匀分散，使得基体纤维在形成三维复杂结构的同时能够在基体纤维的表面组装上纳米碳材料，进而制备得到均匀负载有纳米碳材料的复合滤材；
(2)本发明所述制备方法可以通过功能化调控纳米碳材料，进一步实现对纳米碳材料复合滤材的功能化设计；
(3)本发明所述制备方法中的功能材料并不仅限于纳米碳材料，其他功能材料同样适用于本发明所述制备方法；
(4)本发明所述制备方法具有操作简单、省时省力、适用广泛的优点；
(5)利用本发明所述制备方法得到的纳米碳材料复合滤材中纳米碳材料负载质量分数为0.5％-10％。
附图说明
图1是本发明实施例1所述纳米碳材料复合滤材的扫描电镜图；
图2是本发明实施例2所述纳米碳材料复合滤材的表面水接触角测试图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供了一种纳米碳材料复合滤材的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)选用丙纶作为基体纤维，并对丙纶纤维进行30min的氢等离子体预处理，然后将处理后的丙纶纤维进行开松、梳理、铺网处理，得到待针刺基体；
(2)先对步骤(1)所述待针刺基体进行30刺/min的预针刺，预针刺时间为15min，随后将石墨烯质量分数为5％的乙醇水溶液分散体系，在脉冲式超声辅助主针刺的情况下，以200mL/min的注入量注入，主针刺的频率为250刺/min，主针刺时间为50min，针刺深度为2mm，针刺道数为3道，最后经热轧制固化成型得到石墨烯复合丙纶纤维滤材。
本实施例制备得到的石墨烯复合丙纶纤维滤材中石墨烯负载质量分数为5％，且石墨烯均匀地负载在丙纶纤维表面，如图1所示；此外，所述石墨烯复合丙纶纤维滤材具有超疏水性，可以将表面水的接触角由131.2°增加到158.1°。
实施例2
本实施例提供了一种纳米碳材料复合滤材的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)选用涤纶纤维作为基体纤维，并对涤纶纤维进行50min的氧等离子体预处理，然后将处理后的涤纶纤维进行开松、梳理、铺网处理，得到待针刺基体；
(2)先对步骤(1)所述待针刺基体进行100刺/min的预针刺，预针刺时间为30min，随后将氧化石墨烯质量分数为0.5％的去离子水分散体系，在连续式超声辅助主针刺的情况下，以2000mL/min的注入量注入，主针刺的频率为300刺/min，主针刺时间为30min，针刺深度为10mm，针刺道数为5道，最后经热轧制固化成型得到氧化石墨烯复合涤纶纤维滤材。
本实施例制备得到的氧化石墨烯复合涤纶纤维滤材中氧化石墨烯负载质量分数为10％，氧化石墨烯均匀地负载在涤纶纤维表面；此外，所述氧化石墨烯复合涤纶纤维滤材具有超亲水性，如图2所示，表面水的接触角为0°。
实施例3
本实施例提供了一种纳米碳材料复合滤材的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)选用聚四氟乙烯纤维作为基体纤维，并对聚四氟乙烯纤维进行20min的空气等离子体预处理，然后将处理后的聚四氟乙烯纤维进行开松、梳理、铺网处理，得到待针刺基体；
(2)先对步骤(1)所述待针刺基体进行50刺/min的预针刺，预针刺时间为20min，随后将银离子改性石墨烯质量分数为0.1％的去离子水分散体系，在连续式超声辅助主针刺的情况下，以1000mL/min的注入量注入，主针刺的频率为350刺/min，主针刺时间为60min，针刺深度为6mm，针刺道数为6道，最后经热轧制固化成型得到银离子改性石墨烯复合聚四氟乙烯纤维滤材。
本实施例制备得到的银离子改性石墨烯复合聚四氟乙烯纤维滤材中银离子改性石墨烯负载质量分数为2％，银离子改性石墨烯均匀地负载在聚四氟乙烯纤维表面；此外，所述银离子改性石墨烯复合聚四氟乙烯纤维滤材具有抗菌性。
实施例4
本实施例提供了一种纳米碳材料复合滤材的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)选用玻璃纤维作为基体纤维，并对玻璃纤维进行10min的空气等离子体预处理，然后将处理后的玻璃纤维进行开松、梳理、铺网处理，得到待针刺基体；
(2)先对步骤(1)所述待针刺基体进行150刺/min的预针刺，预针刺时间为5min，提前将石墨烯和碳纳米管分散在胆酸钠含量为0.05％的去离子水中，然后将上述分散体系在脉冲式超声辅助主针刺的情况下，以1mL/min的注入量注入，主针刺的频率为100刺/min，主针刺时间为5min，针刺深度为5mm，针刺道数为10道，最后经热轧制固化成型得到石墨烯和碳纳米管复合玻璃纤维滤材。
本实施例制备得到的石墨烯和碳纳米管复合玻璃纤维滤材中石墨烯和碳纳米管的总负载质量分数为0.5％，石墨烯和碳纳米管都均匀地负载在玻璃纤维表面；此外，所述石墨烯和碳纳米管复合玻璃纤维滤材具有防辐射效果。
实施例5
本实施例提供了一种纳米碳材料复合滤材的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)选用尼龙纤维作为基体纤维，并对尼龙纤维进行60min的氮等离子体预处理，然后将处理后的尼龙纤维进行开松、梳理、铺网处理，得到待针刺基体；
(2)先对步骤(1)所述待针刺基体进行80刺/min的预针刺，预针刺时间为60min，随后将纳米银石墨烯质量分数为2％的去离子水分散体系，在脉冲式超声辅助主针刺的情况下，以100mL/min的注入量注入，主针刺的频率为200刺/min，主针刺时间为60min，针刺深度为3mm，针刺道数为1道，最后经热轧制固化成型得到纳米银石墨烯复合尼龙纤维滤材。
本实施例制备得到的纳米银石墨烯复合尼龙纤维滤材中纳米银石墨烯负载质量分数为10％，纳米银石墨烯均匀地负载在尼龙纤维表面；此外，纳米银石墨烯复合尼龙纤维滤材具有显著的抗菌效果。
实施例6
本实施例提供了一种纳米碳材料复合滤材的制备方法，所述制备方法除了步骤(1)没有进行氢等离子体预处理，其他条件和实施例1完全相同。
本实施例制备得到的石墨烯复合丙纶纤维滤材中石墨烯负载质量分数为3％，石墨烯均匀地负载在丙纶纤维表面；此外，其疏水性能稍微降低，将表面水的接触角由131.2°增加到155°。
实施例7
本实施例提供了一种纳米碳材料复合滤材的制备方法，所述制备方法除了步骤(2)没有设置脉冲式超声，其他条件和实施例1完全相同。
本实施例制备得到的石墨烯复合丙纶纤维滤材中石墨烯负载质量分数为2％，石墨烯均匀地负载在丙纶纤维表面；此外，其疏水性能稍微降低，将表面水的接触角由131.2°增加到155°。
对比例1
本对比例提供了一种纳米碳材料复合滤材的制备方法，所述制备方法采用浸渍的方法替换实施例1中的针刺方法，其他条件和实施例1完全相同，具体包括如下步骤：
(1)选用丙纶作为基体纤维，并对丙纶纤维进行30min的氢等离子体预处理，然后将处理后的丙纶纤维进行开松、梳理、铺网处理，得到待针刺基体；
(2)先对步骤(1)所述待针刺基体进行30刺/min的预针刺，预针刺时间为15min，然后进行250刺/min的主针刺，主针刺时间为50min，针刺深度为2mm，针刺道数为3道，经热轧制固化成型得到丙纶纤维滤材，随后将其浸渍在石墨烯质量分数为5％的乙醇分散体系中，浸渍时间为120min，在80℃下烘干处理10h后得到石墨烯复合丙纶纤维滤材。
本对比例制备得到的石墨烯复合丙纶纤维滤材中石墨烯负载质量分数为1％，其疏水性能大幅度降低，表面水的接触角由131.2°仅增加到145°。
对比例2
本对比例提供了一种纳米碳材料复合滤材的制备方法，所述制备方法采用喷覆的方法替换实施例1中的针刺方法，其他条件和实施例1完全相同，具体包括如下步骤：
(1)选用丙纶作为基体纤维，并对丙纶纤维进行30min的氢等离子体预处理，然后将处理后的丙纶纤维进行开松、梳理、铺网处理，得到待针刺基体；
(2)先对步骤(1)所述待针刺基体进行30刺/min的预针刺，预针刺时间为15min，然后进行250刺/min的主针刺，主针刺时间为50min，针刺深度为2mm，针刺道数为3道，经热轧制固化成型得到丙纶纤维滤材，随后将石墨烯质量分数为5％的乙醇分散体系采用喷覆方式，喷覆量为1％，在80℃下烘干处理10h后得到石墨烯复合丙纶纤维滤材。
本对比例制备得到的石墨烯复合丙纶纤维滤材中石墨烯负载质量分数为1％，但是干燥后极易发生石墨烯掉落现象，导致实际负载量小于0.5％，而且表面水的接触角仍为131.2°，不具有疏水性能。
综上所述，可以看出：
(1)本发明所述制备方法采用针刺处理的注入方式，将纳米碳材料在基材纤维之间均匀分散，使得基体纤维在形成三维复杂结构的同时能够在基体纤维的表面组装上纳米碳材料，进而制备得到均匀负载有纳米碳材料的复合滤材，其中纳米碳材料负载质量分数为0.5％-10％；此外，通过功能化调控纳米碳材料，可以进一步实现对纳米碳材料复合滤材的功能化设计；
(2)相比于实施例1，实施例6由于没有进行等离子体预处理，不利于后续纳米碳材料均匀地负载在基体纤维表面，降低了纳米碳材料的负载量和疏水性能；
(3)相比于实施例1，实施例7由于没有在超声辅助下注入纳米碳材料，使得纳米碳材料发生了团聚现象，不利于后续针刺注入时纳米碳材料在基材纤维之间均匀分散，导致纳米碳材料的负载量和疏水性能均有所降低；
(4)相比于实施例1的针刺注入方式，对比例1的浸渍方法和对比例2的喷覆方法均使得纳米碳材料的负载量和疏水性能大幅度降低。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (24)

1.一种纳米碳材料复合滤材的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将基体纤维进行开松、梳理、铺网处理，得到待针刺基体；其中，在步骤(1)之前，对所述基体纤维进行等离子体预处理；
(2)将纳米碳材料经过针刺处理注入步骤(1)所述待针刺基体，得到纳米碳材料复合滤材。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述等离子体预处理包括采用气体等离子体和/或金属等离子体进行预处理。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述气体等离子体包括氢、氧、氩、氮或空气中的任意一种或至少两种的组合。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述金属等离子体包括铜、银或锌中的任意一种或至少两种的组合。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述等离子体预处理的时间为10-60min。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述基体纤维包括乙纶、丙纶、尼龙、涤纶、腈纶、聚苯硫醚纤维、芳砜纶、芳纶纤维、聚四氟乙烯纤维或玻璃纤维中的任意一种或至少两种的组合。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述纳米碳材料为带有纳米碳材料的液相分散体系。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述液相分散体系中的液体包括乙醇水溶液、聚乙烯吡咯烷酮水溶液、胆酸钠水溶液或去离子水中的任意一种或至少两种的混合液。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，采用超声对步骤(2)所述纳米碳材料进行分散处理。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述超声包括脉冲式和/或连续式。
11.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述纳米碳材料的注入量为1-2000mL/min。
12.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述针刺处理包括预针刺和主针刺。
13.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述预针刺的频率为30-150刺/min。
14.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述预针刺的时间为5-60min。
15.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述主针刺的频率为100-350刺/min。
16.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述主针刺的时间为5-60min。
17.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述主针刺的针刺深度为2-10mm。
18.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述主针刺的针刺道数为1-10道。
19.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述纳米碳材料包括石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管或炭黑中的任意一种或至少两种的组合。
20.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述针刺处理后，经热轧制固化成型得到所述纳米碳材料复合滤材。
21.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)对基体纤维进行等离子体预处理，然后将处理后的基体纤维进行开松、梳理、铺网处理，得到待针刺基体；
(2)带有纳米碳材料的液相分散体系经过预针刺、主针刺注入步骤(1)所述待针刺基体，经热轧制固化成型得到纳米碳材料复合滤材；
其中，采用超声对所述纳米碳材料进行分散处理；所述纳米碳材料的注入量为1-2000mL/min；所述预针刺的频率为30-150刺/min，预针刺的时间为5-60min，所述主针刺的频率为100-350刺/min，主针刺的时间为5-60min，针刺深度为2-10mm，针刺道数为1-10道。
22.一种纳米碳材料复合滤材，其特征在于，采用权利要求1-21任一项所述制备方法制备得到。
23.根据权利要求22所述的纳米碳材料复合滤材，其特征在于，所述纳米碳材料复合滤材中纳米碳材料负载质量分数为0.5％-10％。
24.一种根据权利要求22所述的纳米碳材料复合滤材的用途，其特征在于，所述纳米碳材料滤材用作过滤材料、吸附材料、油水分离材料、抗菌材料、防辐射材料或催化降解材料。
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