CN111991920A - 一种过滤材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及过滤材料技术领域，具体提供了一种过滤材料及其制备方法，该过滤材料包括第一基材层、第二基材层以及位于所述第一基材层和第二基材层之间的含有光催化剂的聚四氟乙烯膜，通过采用特定的含有光催化剂的聚四氟乙烯膜，并将其夹持在第一基材层与第二基材层之间，能够显著改善光催化剂易脱落的问题，可以使过滤材料在较长时间内维持对有机气体具有良好的去除效果，延长使用期限，明显提高光催化效率，得到的过滤材料同时具有较高的光催化效率和过滤效率。

Description

一种过滤材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及过滤材料技术领域，具体涉及一种过滤材料及其制备方法。
背景技术
随着现代工业的不断进步，功能性的高效空气过滤材料得到了迅猛发展。功能性的高效空气过滤材料除广泛应用于工业废气排放处理外，还可用于常温下滤去微小粒子的室内空气净化处理。采用功能性空气过滤器是消除空气低浓度有害气体的有效途径。纳米光催化材料是目前最有发展前景的消除有害气体的空气过滤材料，它能有效地将NH3、NOX、SO2及VOC(挥发性有机化合物)等有害气体降解为CO2、H2O和相应的无机离子。纳米材料在功能性空气过滤材料开发上的应用主要集中在利用一些金属及氧化物的纳米级粒子所具有的特性，具有常温常压下就能反应，无二次污染的优点。
例如，专利文献CN201710706839.0涉及一种兼具光催化/抗菌功能的复合纳米纤维过滤材料及其制备方法，所述的过滤材料，包括支撑层及附着在支撑层表面的纳米纤维过滤层，纳米纤维层均匀填充有光催化剂和抗菌剂，制备方法包括以下步骤：1)纺丝液配制：将一定量的光催化剂和抗菌剂均匀分散在溶剂中形成分散液，超声处理后加入高聚物形成稳定均一的静电纺丝溶液；2)静电纺丝，设置静电纺丝参数，利用静电纺丝用组合式针头实现纺丝聚合物溶液在实心金属丝尖端进行拉伸出丝；3)采用回收溶剂蒸汽以一定释放速率对复合纳米纤维过滤材料表面进行微溶处理，即得最终兼具光催化/抗菌功能的复合纳米纤维过滤材料。专利CN201810962089.8公开了一种负载纳米氧化锌功能滤纸的制备方法，该方法包括如下步骤：1)配制质量浓度为45％-65％的氯化锌溶液；2)将氯化锌溶液加热至55℃-85℃后，将干净滤纸完全浸没于氯化锌溶液中，浸渍30s-2min后取出，将滤纸用去离子水洗涤、干燥制得滤纸基底；3)将总量为反应釜体积60-80％的物料加入到聚四氟乙烯水热反应釜中，其中物料由步骤(2)的滤纸基底与碱溶液按以下用量配比混合而成：滤纸基底10-20g和碱溶液50-100ml；然后将反应釜密封后于80-180℃温度下反应8-36h，冷却后将滤纸取出并用去离子水洗涤后烘干，即得到负载纳米氧化锌功能滤纸。然而，当使用这些过滤材料过滤空气时，过滤材料受到高速气流的冲刷，导致过滤材料内的纳米颗粒容易脱落，从而直接影响空气净化材料的光催化效率及使用寿命。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的光催化剂在使用过程中易脱落而导致光催化效率低下的缺陷，从而提供一种过滤材料及其制备方法。
本发明提供了一种过滤材料，包括第一基材层、第二基材层以及位于所述第一基材层和第二基材层之间的含有光催化剂的聚四氟乙烯膜。
进一步地，所述含有催化剂的聚四氟乙烯膜包括聚四氟乙烯、光催化剂、表面活性剂和助挤剂；所述聚四氟乙烯与光催化剂的质量比为100：0.1-5；
所述表面活性剂和助挤剂的质量之和与所述聚四氟乙烯的质量的比值为1-20:100。
进一步地，所述光催化剂选自TiO2、ZnO、ZnS、CdS、PbS、WO3和SnO2中的至少一种；优选地，所述光催化剂为TiO2和ZnO的混合物。
进一步地，所述光催化剂的粒径为5-100nm。
进一步地，所述助挤剂选自石蜡油、航空煤油和石油醚中的至少一种。
进一步地，所述表面活性剂选自阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂中的至少一种。
进一步地，所述阴离子表面活性剂为硬脂酸和/或十二烷基苯磺酸钠；所述阳离子表面活性剂为氢氧化四甲铵、亚乙基油酰胺乙二胺盐酸盐、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵中的至少一种；所述非离子表面活性剂为烷基葡糖苷、脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦和聚山梨酯中的至少一种。
进一步地，所述烷基葡糖苷为十二烷基葡萄糖苷和/或十六烷基葡萄糖苷；所述脂肪酸甘油酯为单硬脂酸甘油酯和/或三聚甘油单硬脂酸酯；所述脂肪酸山梨坦为单硬脂酸山梨坦和/或山梨坦异硬脂酸；所述聚山梨酯为吐温20和/或吐温80。
进一步地，所述第一基材层和/或所述第二基材层的克重为20-100g/m2。
进一步地，所述第一基材层的克重为20-50g/m2，所述第二基材层的克重为50-100g/m2，所述第一基材层的克重小于所述第二基材层。
进一步地，所述第一基材层和/或第二基材层的纤维细度为3-15旦。
进一步地，所述第一基材层与所述第二基材层均为无纺布层，所述无纺布层选自聚乙烯无纺布层、聚丙烯无纺布层和聚酯无纺布层中的至少一种。
本发明还提供了一种过滤材料的制备方法，包括如下步骤：将含有光催化剂的聚四氟乙烯膜置于第一基材层与第二基材层之间复合，即得。
所述复合方式为热熔胶粘合或者热压辊复合；所述热熔胶粘合过程中，所述热熔胶的用量为1-20g/m2，优选为3-12g/m2；所述热压辊复合过程中，热压温度为120～230℃，辊速5-30m/min，压力1-10MPa。
进一步地，所述的含有光催化剂的聚四氟乙烯膜是由聚四氟乙烯、光催化剂、表面活性剂和助挤剂混合后经静置陈化、打坯、推挤压延、拉伸和烧结定型制备得到。
进一步地，所述静置陈化的温度为40-80℃，时间为12-24h；
经推挤压延后得到压延带，所述压延带的厚度为40-400μm；优选为60-280μm；
所述拉伸包括纵向拉伸和横向拉伸；所述纵向拉伸过程中，拉伸倍数为2-18倍，优选为5-12倍；温度为120-350℃，优选为180-300℃；所述横向拉伸过程中，拉伸倍数为3-28倍，优选为10-20倍；温度为150-400℃，优选为180-320℃；所述烧结定型过程中，温度为340-500℃，优选为360-450℃。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的过滤材料，包括第一基材层、第二基材层以及位于所述第一基材层与第二基材层之间的含有光催化剂的聚四氟乙烯膜；通过采用含有光催化剂的聚四氟乙烯膜，并将其夹持在第一基材层与第二基材层之间，能够显著改善光催化剂易脱落的问题，可以使过滤材料在较长时间内维持对有机气体具有良好的去除效果，延长使用期限，明显提高光催化效率，得到的过滤材料同时具有较高的光催化效率和过滤效率。
2.本发明提供的过滤材料，含有光催化剂的聚四氟乙烯膜包括聚四氟乙烯、光催化剂、表面活性剂和助挤剂；通过配方中各种原料相互协同，发挥作用，不仅使光催化剂牢固地固定于聚四氟乙烯纤维内，提高光催化剂的利用率，而且能够进一步提高过滤效率，所述聚四氟乙烯与光催化剂的质量比为100：(0.1-5)；所述表面活性剂和助挤剂质量之和与所述聚四氟乙烯的质量比为(1-20)：100，通过限定各物质的质量比能够进一步改善光催化剂易脱落的问题。
其中，采用非离子表面活性剂与航空煤油联合使用，不仅能够更加有效地提高过滤材料的过滤效果，而且能够提高光催化剂分布均匀性和牢固性，提高过滤材料对甲醛、苯、氨等有机气体的去除率。
联合采用粒径为20-25nm的TiO2和粒径为20-25nm的ZnO为光催化剂，也能够进一步提高光催化剂分布均匀性和牢固性，提高过滤材料对甲醛、苯、氨等有机气体的去除率。
3.本发明的过滤材料，前期研究发现，当第一基材层和/或第二基材层的克重过大时，基材层过于致密，会降低过滤材料的光催化效率，提高过滤材料的阻力；过小时，基材层过于稀疏，聚四氟乙烯膜裸露在空气中的部分容易破损从而造成催化剂脱落，光催化效率下降。本发明通过限定第一基材层和/或第二基材层的克重为20-100g/m2；能够保证过滤材料整体高效低阻，且催化剂不易脱落。
进一步地，通过采用克重为20-50g/m2的第一基材层，克重为50-100g/m2的第二基材层，所述第一基材层的克重小于第二基材层，使用时将第一基材层作为迎尘基材层朝向外侧，将第二基材层作为净气基材层朝向内侧，通过纤维更轻薄的迎尘基材层的设置不仅能够有利于含有光催化剂的聚四氟乙烯膜发挥光催化反应消除污染物的作用，促进有机气体的去除和固体污染物的过滤，而且通过迎尘基材层自身也可以初步过滤掉空气中的大颗粒污染物，保护含有光催化剂的聚四氟乙烯膜；净气基材层克重更高，基材挺度更高，还起到支撑的作用，更加牢固地将催化剂固定在含有光催化剂的聚四氟乙烯膜内，进一步改善催化剂脱落的问题，保证空气与光催化剂充分接触，使得光催化效率和过滤效率进一步提升。
4.本发明的过滤材料，前期研究发现，当第一基材层和/或第二基材层纤维细度过大时，导致纤维分布不均，在纤维分布较为稀疏的部分，聚四氟乙烯膜裸露在空气中，容易破损从而造成催化剂脱落，光催化效率下降。过小时，纤维层过于致密，降低了孔隙率，使得光催化效率和粉尘过滤效率下降，过滤阻力增高，本发明通过限定第一基材层和/或第二基材层的纤维细度为3-15旦；能够具有较低的过滤阻力和较高的过滤效率的同时催化剂不易脱落，提高光催化效率。
5.本发明提供的过滤材料的制备方法，将含有光催化剂的聚四氟乙烯膜放于第一基材层与第二基材层之间，进行复合，即得，上述制备方法简单，操作方便，适合工业化生产与推广。
6.本发明提供的过滤材料的制备方法，所述含有光催化剂的聚四氟乙烯膜是由聚四氟乙烯和光催化剂混合后经经打坯、推挤压延、拉伸和烧结定型制备得到，通过该方法制得的聚四氟乙烯膜不仅成膜性好，光催化剂分散均匀，而且与第一基材层和第二基材层结合可以进一步改善光催化剂易脱落的问题，具有明显提高的有机气体去除率。
7.本发明提供的过滤材料的制备方法，通过控制纵向拉伸过程中拉伸倍数为2-18倍、温度为120-350℃，以及横向拉伸过程中拉伸倍数为3-28倍、温度为150-400℃，；进一步地，通过控制纵向拉伸过程中拉伸倍数为5-12倍、温度为180-300℃以及横向拉伸过程中拉伸倍数为10-20倍、温度为360-450℃，使得能够进一步提高过滤材料的过滤效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1中含有光催化剂的聚四氟乙烯膜的电镜图。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品，下述实施例采用的聚四氟乙烯为粉末，聚四氟乙烯粉末的SSG(标准相对密度)为2.154-2.164。
实施例1
本实施例提供了一种含有光催化剂的聚四氟乙烯膜，其原料包括：聚四氟乙烯粉末10kg，粒径为25nm的TiO2纳米颗粒0.15kg和25nm的ZnO纳米颗粒0.15kg作为光催化剂，航空煤油0.76kg作为助挤剂和单硬脂酸山梨坦0.04kg作为表面活性剂。
本实施例的含有光催化剂的聚四氟乙烯膜的制备方法，包括如下步骤：
按上述重量称取聚四氟乙烯粉末、光催化剂、表面活性剂以及助挤剂混合均匀，经静置陈化、打坯、推挤压延后制得压延带；将所述压延带进行脱脂、拉伸、烧结定型，制得含有光催化剂的聚四氟乙烯膜。如图1电镜图所示，制得的聚四氟乙烯膜的成膜性好，不存在断裂纤维，且电镜图中没有见到团聚的TiO2纳米颗粒和ZnO纳米颗粒，证明纳米颗粒分散性良好。
其中，静置陈化的温度为50℃，时间为20h，打坯过程中，控制温度为20℃，压力为3MPa，保压时间为15min，速度为15mm/min。推挤压延过程中，控制温度为20℃，压力为6MPa，速度为50mm/min；压延带厚度为120μm。脱脂过程中，控制温度为150℃。拉伸过程中，先250℃纵向拉伸5倍，然后320℃下横向拉伸8倍。烧结定型过程中，温度为400℃。
本实施例还提供了一种过滤材料，其具有三层结构，包括第一基材层、第二基材层和位于两者之间的含有光催化剂的聚四氟乙烯膜，第一基材层为聚乙烯无纺布层，克重为20g/m2，纤维细度为3旦，第二基材层为聚乙烯无纺布层构成，克重为50g/m2，纤维细度为3旦，含有光催化剂的聚四氟乙烯膜为采用本实施例制备方法制得。
本实施例的过滤材料的制备方法，包括如下步骤：
将第一基材层与第二基材层的内层分别均匀分撒微米级热熔胶固体粉末，用量为10g/m2，将本实施例制得的含有光催化剂的聚四氟乙烯膜放于第一基材层与第二基材层之间，撒胶面紧贴含有光催化剂的聚四氟乙烯膜，加热粘合，冷却，即得。
实施例2
本实施例提供了一种含有光催化剂的聚四氟乙烯膜，其原料包括：聚四氟乙烯粉末10kg，粒径为20nm的TiO2纳米颗粒0.3kg作为光催化剂，航空煤油0.76kg作为助挤剂和单硬脂酸山梨坦0.04kg作为表面活性剂。
本实施例的含有光催化剂的聚四氟乙烯膜的制备方法，包括如下步骤：
按上述重量称取聚四氟乙烯粉末、光催化剂、表面活性剂以及助挤剂混合均匀，经静置陈化、打坯、推挤压延后制得压延带；将所述压延带进行脱脂、拉伸、烧结定型，制得含有光催化剂的聚四氟乙烯膜。
其中，静置陈化的温度为50℃，时间为20h，打坯过程中，控制温度为20℃，压力为3MPa，保压时间为15min，速度为15mm/min。推挤压延过程中，控制温度为20℃，压力为6MPa，速度为50mm/min；压延带厚度为120μm。脱脂过程中，控制温度为150℃。拉伸过程中，先250℃纵向拉伸5倍，然后320℃下横向拉伸8倍。烧结定型过程中，温度为400℃。
本实施例还提供了一种过滤材料，其具有三层结构，包括第一基材层、第二基材层和位于两者之间的含有光催化剂的聚四氟乙烯膜，第一基材层为聚乙烯无纺布层，克重为20g/m2，纤维细度为3旦，第二基材层为聚乙烯无纺布层构成，克重为50g/m2，纤维细度为3旦，含有光催化剂的聚四氟乙烯膜为采用本实施例制备方法制得。
本实施例的过滤材料的制备方法，包括如下步骤：
将第一基材层与第二基材层的内层分别均匀分撒微米级热熔胶固体粉末，用量均为10g/m2，将本实施例制得的含有光催化剂的聚四氟乙烯膜放于第一基材层与第二基材层之间，撒胶面紧贴含有光催化剂的聚四氟乙烯膜，加热粘合，冷却，即得。
实施例3
本实施例提供了一种含有光催化剂的聚四氟乙烯膜，其原料包括：聚四氟乙烯粉末10kg，粒径为25nm的TiO2纳米颗粒0.15kg和25nm的ZnO纳米颗粒0.15kg作为光催化剂，航空煤油0.76kg作为助挤剂和单硬脂酸山梨坦0.04kg作为表面活性剂。
本实施例的含有光催化剂的聚四氟乙烯膜的制备方法，包括如下步骤：
按上述重量称取聚四氟乙烯粉末、光催化剂、表面活性剂以及助挤剂混合均匀，经静置陈化、打坯、推挤压延后制得压延带；将所述压延带进行脱脂、拉伸、烧结定型，制得含有光催化剂的聚四氟乙烯膜。
其中，静置陈化的温度为50℃，时间为20h，打坯过程中，控制温度为20℃，压力为3MPa，保压时间为15min，速度为15mm/min。推挤压延过程中，控制温度为20℃，压力为6MPa，速度为50mm/min；压延带厚度为120μm。脱脂过程中，控制温度为150℃。拉伸过程中，先250℃纵向拉伸2倍，然后320℃下横向拉伸11倍。烧结定型过程中，温度为400℃。
本实施例还提供了一种过滤材料，具有三层结构，包括第一基材层、第二基材层和两者之间的含有光催化剂的聚四氟乙烯膜，第一基材层为聚乙烯无纺布层，克重为20g/m2，纤维细度为3旦，第二基材层为聚乙烯无纺布层构成，克重为50g/m2，纤维细度为3旦。
本实施例的过滤材料的制备方法，包括如下步骤：
将第一基材层与第二基材层的内层分别均匀分撒微米级热熔胶固体粉末，用量为10g/m2，将本实施例制得的含有光催化剂的聚四氟乙烯膜放于第一基材层与第二基材层之间，撒胶面紧贴含有光催化剂的聚四氟乙烯膜，加热粘合，冷却，即得。
实施例4
本实施例提供了一种含有光催化剂的聚四氟乙烯膜，其原料包括：聚四氟乙烯粉末10kg，粒径为25nm的TiO2纳米颗粒0.15kg和25nm的ZnO纳米颗粒0.15kg作为光催化剂，航空煤油0.76kg作为助挤剂和十六烷基三甲基氯化铵0.04kg作为表面活性剂。
本实施例的含有光催化剂的聚四氟乙烯膜的制备方法，包括如下步骤：
按上述重量称取聚四氟乙烯粉末、光催化剂、表面活性剂以及助挤剂混合均匀，经静置陈化、打坯、推挤压延后制得压延带；将所述压延带进行脱脂、拉伸、烧结定型，制得含有光催化剂的聚四氟乙烯膜。
其中，静置陈化的温度为50℃，时间为20h，打坯过程中，控制温度为20℃，压力为3MPa，保压时间为15min，速度为15mm/min。推挤压延过程中，控制温度为20℃，压力为6MPa，速度为50mm/min；压延带厚度为120μm。脱脂过程中，控制温度为150℃。拉伸过程中，先250℃纵向拉伸5倍，然后320℃下横向拉伸8倍。烧结定型过程中，温度为400℃。
本实施例还提供了一种过滤材料，其具有三层结构，包括第一基材层、第二基材层和位于两者之间的含有光催化剂的聚四氟乙烯膜，第一基材层为聚乙烯无纺布层，克重为20g/m2，纤维细度为3旦，第二基材层为聚乙烯无纺布层构成，克重为50g/m2，纤维细度为3旦，含有光催化剂的聚四氟乙烯膜为采用本实施例制备方法制得。
本实施例的过滤材料的制备方法，包括如下步骤：
将第一基材层与第二基材层的内层分别均匀分撒微米级热熔胶固体粉末，用量为10g/m2，将本实施例制得的含有光催化剂的聚四氟乙烯膜放于第一基材层与第二基材层之间，撒胶面紧贴含有光催化剂的聚四氟乙烯膜，加热粘合，冷却，即得。
实施例5
本实施例提供了一种含有光催化剂的聚四氟乙烯膜，其原料包括：聚四氟乙烯粉末10kg，粒径为25nm的TiO2纳米颗粒0.15kg和25nm的ZnO纳米颗粒0.15kg作为光催化剂，航空煤油0.76kg作为助挤剂和单硬脂酸山梨坦0.04kg作为表面活性剂。
本实施例的含有光催化剂的聚四氟乙烯膜的制备方法，包括如下步骤：
取聚四氟乙烯粉末、光催化剂、表面活性剂以及助挤剂混合均匀，经熟化、打坯、推挤压延后制得压延带；将所述压延带进行脱脂、拉伸、烧结定型，制得含有光催化剂的聚四氟乙烯膜。
其中，静置陈化的温度为50℃，时间为20h，打坯过程中，控制温度为20℃，压力为3MPa，保压时间为15min。推挤压延过程中，控制温度为20℃，压力为6MPa，速度为50mm/min；压延带厚度为120μm。脱脂过程中，控制温度为150℃。拉伸过程中，先250℃纵向拉伸5倍，然后320℃下横向拉伸8倍。烧结定型过程中，温度为400℃。
本实施例还提供了一种过滤材料，具有三层结构，包括第一基材层、第二基材层和两者之间的含有光催化剂的聚四氟乙烯膜，第一基材层为聚乙烯无纺布层，克重为30g/m2，纤维细度为3旦，第二基材层为聚乙烯无纺布层构成，克重为30g/m2，纤维细度为3旦。
本实施例的过滤材料的制备方法，包括如下步骤：
将第一基材层与第二基材层的内层分别均匀分撒微米级热熔胶固体粉末，用量为10g/m2，将本实施例制得的含有光催化剂的聚四氟乙烯膜放于第一基材层与第二基材层之间，撒胶面紧贴含有光催化剂的聚四氟乙烯膜，加热粘合，冷却，即得。
实施例6
本实施例还提供了一种过滤材料，其具有三层结构，包括第一基材层、第二基材层和位于两者之间的含有光催化剂的聚四氟乙烯膜，第一基材层为聚乙烯无纺布层，克重为20/m2，纤维细度为3旦，第二基材层为聚乙烯无纺布层构成，克重为50g/m2，纤维细度为3旦，含有光催化剂的聚四氟乙烯膜采用CN106192051A实施例1的配方和制备方法得到。
本实施例的过滤材料的制备方法，包括如下步骤：
将第一基材层与第二基材层的内层分别均匀分撒微米级热熔胶固体粉末，用量为10g/m2，将含有光催化剂的聚四氟乙烯膜放于第一基材层与第二基材层之间，撒胶面紧贴含有光催化剂的聚四氟乙烯膜，加热粘合，冷却，即得。
实施例7
本实施例提供了一种含有光催化剂的聚四氟乙烯膜，其原料包括：聚四氟乙烯粉末10kg，粒径为10nm的ZnO纳米颗粒0.1kg、粒径为30nm的ZnS纳米颗粒0.3kg和粒径为50nm的CdS纳米颗粒2kg作为光催化剂，石油醚1.9kg作为助挤剂和单硬脂酸甘油酯0.1kg作为表面活性剂。
本实施例的含有光催化剂的聚四氟乙烯膜的制备方法，包括如下步骤：
按上述重量称取聚四氟乙烯粉末、光催化剂、表面活性剂以及助挤剂混合均匀，经静置陈化、打坯、推挤压延后制得压延带；将所述压延带进行脱脂、拉伸、烧结定型，制得含有光催化剂的聚四氟乙烯膜。
其中，静置陈化的温度为50℃，时间为20h，打坯过程中，控制温度为25℃，压力为3MPa，保压时间为20min，速度为35mm/min。推挤压延过程中，控制温度为25℃，压力为5MPa，速度为60mm/min；压延带厚度为190μm。脱脂过程中，控制温度为160℃。拉伸过程中，先250℃纵向拉伸5倍，然后320℃下横向拉伸15倍。烧结定型过程中，温度为380℃。
本实施例还提供了一种过滤材料，其具有三层结构，包括第一基材层、第二基材层和位于两者之间的含有光催化剂的聚四氟乙烯膜，第一基材层为聚乙烯无纺布层，克重为50g/m2，纤维细度为15旦，第二基材层为聚乙烯无纺布层构成，克重为100g/m2，纤维细度为15旦，含有光催化剂的聚四氟乙烯膜为采用本实施例制备方法制得。
本实施例的过滤材料的制备方法，包括如下步骤：
将第一基材层与第二基材层的内层分别均匀分撒微米级热熔胶固体粉末，用量均为10g/m2，将本实施例制得的含有光催化剂的聚四氟乙烯膜放于第一基材层与第二基材层之间，撒胶面紧贴含有光催化剂的聚四氟乙烯膜，加热粘合，冷却，即得。
实施例8
本实施例提供了一种含有光催化剂的聚四氟乙烯膜，其原料包括：聚四氟乙烯粉末10kg，粒径为25nm的TiO2纳米颗粒0.15kg和25nm的ZnO纳米颗粒0.15kg作为光催化剂，航空煤油0.05kg作为助挤剂，氢氧化四甲铵0.03kg和硬脂酸0.02kg作为表面活性剂。
本实施例的含有光催化剂的聚四氟乙烯膜的制备方法，包括如下步骤：
按上述重量称取聚四氟乙烯粉末、光催化剂、表面活性剂以及助挤剂混合均匀，经静置陈化、打坯、推挤压延后制得压延带；将所述压延带进行脱脂、拉伸、烧结定型，制得含有光催化剂的聚四氟乙烯膜。
其中，静置陈化的温度为40℃，时间为24h，打坯过程中，控制温度为20℃，压力为3MPa，保压时间为15min，速度为15mm/min。推挤压延过程中，控制温度为20℃，压力为6MPa，速度为50mm/min；压延带厚度为120μm。脱脂过程中，控制温度为150℃。拉伸过程中，先250℃纵向拉伸5倍，然后320℃下横向拉伸8倍。烧结定型过程中，温度为400℃。
本实施例还提供了一种过滤材料，其具有三层结构，包括第一基材层、第二基材层和位于两者之间的含有光催化剂的聚四氟乙烯膜，第一基材层为聚丙烯无纺布层，克重为20g/m2，纤维细度为1.5旦，第二基材层为聚丙烯无纺布层，克重为50g/m2，纤维细度为4旦，含有光催化剂的聚四氟乙烯膜为采用本实施例制备方法制得。
本实施例的过滤材料的制备方法，包括如下步骤：
将第一基材层与第二基材层的内层分别均匀分撒微米级热熔胶固体粉末，用量为1g/m2，将本实施例制得的含有光催化剂的聚四氟乙烯膜放于第一基材层与第二基材层之间，撒胶面紧贴含有光催化剂的聚四氟乙烯膜，加热粘合，冷却，即得。
实施例9
本实施例提供了一种含有光催化剂的聚四氟乙烯膜，其原料包括：聚四氟乙烯粉末10kg，粒径为25nm的TiO2纳米颗粒0.15kg和25nm的ZnO纳米颗粒0.15kg作为光催化剂，航空煤油1kg作为助挤剂和单硬脂酸山梨坦1kg作为表面活性剂。
本实施例的含有光催化剂的聚四氟乙烯膜的制备方法，包括如下步骤：
按上述重量称取聚四氟乙烯粉末、光催化剂、表面活性剂以及助挤剂混合均匀，经静置陈化、打坯、推挤压延后制得压延带；将所述压延带进行脱脂、拉伸、烧结定型，制得含有光催化剂的聚四氟乙烯膜。
其中，静置陈化的温度为80℃，时间为12h，打坯过程中，控制温度为20℃，压力为3MPa，保压时间为15min，速度为15mm/min。推挤压延过程中，控制温度为20℃，压力为6MPa，速度为50mm/min；压延带厚度为120μm。脱脂过程中，控制温度为150℃。拉伸过程中，先250℃纵向拉伸5倍，然后320℃下横向拉伸8倍。烧结定型过程中，温度为400℃。
本实施例还提供了一种过滤材料，其具有三层结构，包括第一基材层、第二基材层和位于两者之间的含有光催化剂的聚四氟乙烯膜，第一基材层为聚乙烯无纺布层，克重为20g/m2，纤维细度为3旦，第二基材层为聚乙烯无纺布层构成，克重为50g/m2，纤维细度为3旦，含有光催化剂的聚四氟乙烯膜为采用本实施例制备方法制得。
本实施例的过滤材料的制备方法，包括如下步骤：
将本实施例制得的含有光催化剂的聚四氟乙烯膜放于第一基材层与第二基材层之间，撒胶面紧贴含有光催化剂的聚四氟乙烯膜热压辊复合，即得，其中热压温度为120～230℃，辊速5-30m/min，压力1-10MPa。
对比例1
本对比例还提供了一种复合纳米纤维过滤材料，采用专利文献CN107497182A中实施例1公开的方法制得。
实验例1
参照文献《空气净化网上光催化剂和活性炭相互增强净化能力的作用机理》的方法测定各组实施例和对比例制备的过滤材料对有机气体的去除效果。具体为：分别以各组实施例和对比例制备的过滤材料为净化网，将进气窗、两盏特征波长254nm的6W紫外灯、净化网、风机和出气窗依次组装在400mm×350mm×100mm的长方体内，使气体能循环地通过净化网，该装置称为光催化净化器。将装好净化网的光催化净化器放置在体积为125L的立方体密封箱体内，向箱内注入定量的模拟污染物(含浓度为0.2％甲醛、1％氨、0.06％苯，参照标准QB/T2761-2006制备)，然后开风扇和紫外灯，分别在12h、24h、36h和48h的处理时间取样进行分析((见古政荣等《空气净化网上光催化剂和活性炭相互增强净化能力的作用机理》,林产化学与工艺,2000(20)1：6-9))。
参照标准QB/T2761-2006测定样品中有机气体，包括甲醛、苯和氨的去总去除率，结果见下表所示。
表1不同时间的有机气体的去除率(％)
12h 24h 36h 48h
实施例1 99.3 99.1 99.0 99.0
实施例2 92.9 91.9 91.0 91.2
实施例3 97.1 97.7 97.2 96.8
实施例4 92.0 91.5 91.6 91.2
实施例5 96.2 95.5 95.8 95.0
实施例6 90.5 90.6 90.2 89.0
实施例7 96.6 96.8 95.4 95.2
实施例8 98.8 98.5 98.3 98.3
实施例9 93.3 93.4 92.7 92.5
对比例1 97.0 95.9 90.1 82.0
从上表可以看出，相比于对比例1，本发明实施例1-9能够显著提升有机气体的去除率，且在48h内对有机气体的去除率无明显变化，而对比例1随着处理时间的延长，去除率明显降低。此外，相比于实施例2、4-6，本发明实施例1通过含有光催化剂的聚四氟乙烯膜的配方组成或者对第一基材层和第二基材层克重的控制能够进一步提升催化效率。
实验例2
参照CRAA431.3标准测定本发明各组实施例和对比例制得的过滤材料的过滤效率和阻力压降，其中过滤效率测试条件为：颗粒粒径0.1-0.2μm，测试风速2.5cm/s，过滤阻力测试条件为：颗粒粒径0.3μm，风速5.3cm/s。
参照文献《空气净化网上光催化剂和活性炭相互增强净化能力的作用机理》的方法测定各组实施例和对比例制备的过滤材料对有机气体的去除效果(见古政荣等《空气净化网上光催化剂和活性炭相互增强净化能力的作用机理》，林产化学与工艺,2000(20)1：6-9)。具体为：分别以各组实施例和对比例制备的过滤材料为净化网，将进气窗、两盏特征波长254nm的6W紫外灯、净化网、风机和出气窗依次组装在400mm×350mm×100mm的长方体内，使气体能循环地通过净化网，该装置称为光催化净化器。将装好净化网的光催化净化器放置在体积为125L的立方体密封箱体内，向箱内注入定量的模拟污染物(含浓度为0.2％甲醛、1％氨、0.06％苯，参照标准QB/T2761-2006制备)，然后开风扇和紫外灯，处理12h取样进行分析，参照标准QB/T2761-2006测定样品中有机气体，包括甲醛、苯和氨的去总去除率，结果见下表所示。
表2各组实施例和对比例的性能测试结果
过滤效率/％ 阻力压降/Pa 有机气体去除率/％
实施例1 99.9995 195 99.3
实施例2 99.999 189 92.9
实施例3 99.997 156 97.1
实施例4 99.996 190 92.0
实施例5 99.998 198 96.2
实施例6 99.98 154 90.5
实施例7 99.998 228 96.6
实施例8 99.9991 202 98.8
实施例9 99.999 237 93.3
对比例1 87 5 97.0
从上表可以看出，相比于对比例1，本发明实施例1-10能够显著提升有机气体的去除率和过滤效率。此外，相比于实施例2-6，本发明实施例1通过含有光催化剂的聚四氟乙烯膜的配方组成或者对第一基材层和第二基材层克重的控制能够进一步提升过滤效率。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种过滤材料，其特征在于，包括第一基材层、第二基材层以及位于所述第一基材层和第二基材层之间的含有光催化剂的聚四氟乙烯膜。
2.根据权利要求1所述的过滤材料，其特征在于，所述含有光催化剂的聚四氟乙烯膜包括聚四氟乙烯、光催化剂、表面活性剂和助挤剂；所述聚四氟乙烯与光催化剂的质量比为100：0.1-5；所述表面活性剂和助挤剂的质量之和与所述聚四氟乙烯的质量比为1-20：100。
3.根据权利要求2所述的过滤材料，其特征在于，所述光催化剂选自TiO2、ZnO、ZnS、CdS、PbS、WO3和SnO2中的至少一种；所述光催化剂的粒径为5-100nm；
所述助挤剂选自石蜡油、航空煤油和石油醚中的至少一种；
所述表面活性剂选自阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂和非离子表面活性剂中的至少一种；优选地，所述阴离子表面活性剂为硬脂酸和/或十二烷基苯磺酸钠；所述阳离子表面活性剂为氢氧化四甲铵、亚乙基油酰胺乙二胺盐酸盐、十六烷基三甲基溴化铵和十六烷基三甲基氯化铵中的至少一种；所述非离子表面活性剂为烷基葡糖苷、脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦和聚山梨酯中的至少一种。
4.根据权利要求1-3中任一所述的过滤材料，其特征在于，所述第一基材层和/或第二基材层的克重为20-100g/m2。
5.根据权利要求1-4中任一所述的过滤材料，其特征在于，所述第一基材层的克重为20-50g/m2，所述第二基材层的克重为50-100g/m2，所述第一基材层的克重小于第二基材层的克重。
6.根据权利要求1-5中任一所述的过滤材料，其特征在于，所述第一基材层和/或第二基材层的纤维细度为3-15旦；
所述第一基材层与所述第二基材层均为无纺布层；所述无纺布层选自聚乙烯无纺布层、聚丙烯无纺布层和聚酯无纺布层中的至少一种。
7.一种过滤材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将含有光催化剂的聚四氟乙烯膜置于第一基材层与第二基材层之间复合，即得。
8.根据权利要求7所述的过滤材料的制备方法，其特征在于，所述复合方式为热熔胶粘合或者热压辊复合；所述热熔胶粘合过程中，所述热熔胶的用量为1-20g/m2，优选为3-12g/m2；所述热压辊复合过程中，热压温度为120～230℃，辊速5-30m/min，压力1-10MPa。
9.根据权利要求7或8所述的过滤材料的制备方法，其特征在于，所述的含有光催化剂的聚四氟乙烯膜是由聚四氟乙烯、光催化剂、表面活性剂和助挤剂混合后经静置陈化、打坯、推挤压延、拉伸和烧结定型制备得到。
10.根据权利要求9所述的过滤材料的制备方法，其特征在于，
所述静置陈化的温度为40-80℃，时间为12-24h；
经推挤压延后得到压延带，所述压延带的厚度为40-400μm；优选为60-280μm；
所述拉伸包括纵向拉伸和横向拉伸；所述纵向拉伸过程中，拉伸倍数为2-18倍，优选为5-12倍；温度为120-350℃，优选为180-300℃；所述横向拉伸过程中，拉伸倍数为3-28倍，优选为10-20倍；温度为150-400℃，优选为180-320℃；
所述烧结定型过程中，温度为340-500℃，优选为360-450℃。
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