CN113577906A - 一种具有抗菌、抗病毒作用的空气净化芯材及其制备方法和应用 - Google Patents

一种具有抗菌、抗病毒作用的空气净化芯材及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于空气净化材料技术领域，具体公开了一种具有抗菌、抗病毒作用的空气净化芯材及其制备方法和应用，该材料是利用聚丙烯腈基活性炭纤维，进行抗菌抗病毒整理，并与纳米纤维膜复合制得的。本发明的空气净化芯材，可以通过定期的清洗、暴晒或烘干等方式清洁滤芯，有效延长了滤芯的使用寿命；且本发明的空气净化芯材与粗过滤网、紫外线消毒灯、控制面板、风扇电动机等部件装备成具有明显空气净化、灭菌和抗病毒作用的空气净化器，具有过滤甲醛等有机挥发物、灭菌、抗病毒等作用，集多种功能为一体，更加适应了当前市场的需求。

Description

一种具有抗菌、抗病毒作用的空气净化芯材及其制备方法和 应用
技术领域
本发明属于空气净化材料技术领域，尤其涉及一种具有抗菌、抗病毒作用的空气净化芯材及其制备方法和应用。
背景技术
目前市面上的空气净化器过滤材料主要是活性炭颗粒，活性炭颗粒“吸附-脱附”次数往往只有几次，通过颗粒孔径控制也仅仅达到几十次，材料的吸附耐久性差，往往3个月就要更换过滤芯材。而活性炭纤维“吸附-脱附”值可达上千次，同时纤维状材料易加工，是一种理想的空气净化材料。此外，市面上的空气净化器主要是针对有机污染物和粉尘颗粒，缺少一种能有效过滤空气中细菌、病毒，并能杀死他们的过滤材料。
中国发明专利CN201310167513.7公开了一种载银活性炭纤维的制备方法，其是将清洗干净的粘胶纤维置于羟烷基环糊精水溶液中浸渍处理，再在银盐水溶液中吸附银离子，脱水后于去离子水中加热原位还原得到金黄色载银粘胶纤维，后经磷酸氢二钠水溶液浸泡、炭化、活化获得载银活性炭纤维。虽然该制备方法简单易行，适合大规模生产，得到的载银活性炭纤维具有良好的吸附性能和抗菌性能、杂质含量低、生物安全性高，可广泛应用于空气净化、饮用水净化和医用材料，但是该技术方案是采用浸泡吸附的方式负载银，负载效果一般，抗菌性能及耐洗性有待进一步提高。
中国发明专利CN202010703894.6公开了一种载银抗菌活性炭纤维及制备方法，其将活性炭纤维先放置在乙醇溶液中浸泡，对活性炭纤维表面的细菌等杂质进行清洗，再放置在纳米载银抗菌剂中浸泡，可使纳米载银抗菌剂完全沾附于活性炭纤维的表面，最后放置在保护剂中浸泡，可避免外界的杂物对纳米载银抗菌剂的使用寿命产生影响，从而得到抗菌持久且过滤效果好的载银抗菌活性炭纤维。而中国发明专利CN201710181345.5公开了一种负载纳米银的活性炭纤维及其制备方法，其将银离子通过浸渍的方式负载到活性炭纤维上，利用活性炭纤维的吸附能力，使银离子牢固地结合到活性炭纤维的微孔结构中，并运用几种保护剂和还原剂的比例的组合，增加银纳米粒子的分散性，将纳米银的颗粒控制在10～20nm。虽然这两件专利对银的负载相对牢固，但是耗时较长，且在纤维最外层没有进行纳米纤维膜的复合，无法对气溶胶进行有效过滤，因而对空气的过滤性能一般。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的一种具有抗菌、抗病毒作用的空气净化芯材，可以有效解决一定空间内空气净化问题，特别是对空气中细菌和病毒具有一定的过滤及杀灭作用，可以通过定期的清洗、暴晒或烘干等方式清洁滤芯，有效延长了滤芯的使用寿命。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：
一种具有抗菌、抗病毒作用的空气净化芯材，是利用聚丙烯腈基活性炭纤维，进行抗菌抗病毒整理，并与纳米纤维膜复合，得到该空气净化芯材，所述聚丙烯腈基活性炭纤维表面具有微孔，所述抗菌抗病毒整理采用的是纳米银抗菌剂，所述纳米纤维膜是由TPU/PU静电纺丝制备而成。
上述具有抗菌、抗病毒作用的空气净化芯材的制备方法，具体步骤如下：
(1)通过针刺技术制备聚丙烯腈纤维预氧丝纤维毡S1；
(2)S1在常温常压及空气的气氛下进行等离子处理得到S2；
(3)S2放置在磷酸氢铵水溶液中浸泡，然后烘干，得到S3；
(4)将S3进行碳化，并在水蒸气中进行活化，过程通N2保护，得到活性炭纤维毡S4；
(5)将S4通过磁控溅射在纤维表面沉积Ag，得到负载有杀菌和抗病毒功效Ag的活性炭纤维毡S5；
(6)基于S5毡，通过多喷头静电纺丝设备将TPU/PU共混溶液喷射到活性炭纤维毡S5表面，形成一层纳米纤维膜，得到S6；
(7)将S6进行折叠组装，制备成具有一定厚度及过滤效果的空气净化芯材S7。
进一步的，步骤(1)中，所述纤维毡S1的厚度为1mm，面密度为200g/m2。
进一步的，步骤(2)中，所述等离子处理时间为30～60秒。
进一步的，步骤(3)中，所述磷酸氢铵水溶液的浓度为2～5mol/L，浸泡时间为8～10小时，烘干温度为90℃。
进一步的，步骤(4)中，所述碳化温度为280～320℃，活化温度为850～900℃，活化时间为20～30min。
进一步的，步骤(5)中，所述纤维表面沉积Ag的厚度为40～80nm，所述磁控溅射的工艺参数为：在25℃下氩气的气氛中，4×10-4Pa真空下镀2min。
进一步的，步骤(6)中，所述纳米纤维膜的克重为6～8g/m2。
进一步的，步骤(7)中，所述S6为至少一层。
本发明还提供了上述具有抗菌、抗病毒作用的空气净化芯材在空气净化器领域的应用。
有益效果：
1)本发明的空气净化芯材，可以通过定期的清洗、暴晒或烘干等方式清洁滤芯，有效延长了滤芯的使用寿命；2)本发明的空气净化芯材与粗过滤网、紫外线消毒灯、控制面板、风扇电动机等部件装备成具有明显空气净化、灭菌和抗病毒作用的空气净化器，具有过滤甲醛等有机挥发物、灭菌、抗病毒等作用，集多种功能为一体，更加适应了当前市场的需求；3)本发明利用真空镀方式进行纳米银颗粒的负载，负载量更大，抗菌性能及耐洗性更好，且本发明在最外层进行了纳米纤维膜的复合，进行了气溶胶的过滤，加大了空气过滤性能。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步详细说明。所用试剂或者仪器设备未注明生产厂商的，均视为可以通过市场购买的常规产品。
实施例1
(1)通过针刺技术制备面密度为200g/m2、厚度为1mm的PAN基纤维毡；
(2)PAN基纤维毡在常温常压及空气的气氛下进行等离子处理30秒得到表面刻蚀火化后的纤维毡；
(3)表面刻蚀火化后的纤维毡放置在2mol/L的磷酸氢铵水溶液中浸泡10小时，然后在90℃中烘干，得到含有磷酸氢铵的纤维毡；
(4)将含有磷酸氢铵的纤维毡在300℃进行碳化，然后在900℃通入水蒸气进行活化30min，得到活性炭纤维毡；
(5)将活性炭纤维毡通过磁控溅射即25℃下氩气的气氛中、4×10-4Pa的真空下镀2min在纤维表面沉积Ag，厚度为40nm，得到负载有杀菌和抗病毒功效Ag的活性炭纤维毡；
(6)通过多喷头静电纺丝设备将TPU/PU共混溶液喷射到基于负载有杀菌和抗病毒功效Ag的活性炭纤维毡表面，形成一层纳米纤维膜，克重为6g/m2，得到空气净化滤芯；
(7)将2层空气净化滤芯进行折叠组装制备成具有一定厚度且具有过滤效果的空气净化芯材；
(8)通过将空气净化芯材与粗过滤网、紫外线消毒灯、控制面板、风扇电动机部件进行装备，形成具有明显空气净化、灭菌和抗病毒作用的空气净化器。
按照ISO181842019纺织品抗病毒活性的测定、GB/T 20944.3-2008纺织品抗菌性能的评价，对实施例1中空气净化滤芯的各项测试性能如表1所示，所制备的空气净化滤芯对于常规细菌及流感病毒都有很好的抑制率，同时还具有对甲醛等化学气体的吸附性能，可以广泛的应用到各类空气过滤和净化场所中。
表1实施例1的滤芯性能测试
测试项目 清洗0次 清洗1次 清洗5次 清洗10次
大肠杆菌10分钟抑制率 100％ 100％ 100％ 100％
金黄色葡萄球菌10分钟抑制率 100％ 100％ 100％ 100％
白色念珠菌抑制率10分钟抑制率 100％ 99.6％ 97.7％ 93％
H1N1流感病毒抗病毒效率Mv 2.3 2.1 1.9 1.9
甲醛穿透容量 50mg/g 50mg/g 50mg/g 48mg/g
实施例2
(1)通过针刺技术制备面密度为200g/m2、厚度为1mm的PAN基纤维毡；
(2)PAN基纤维毡在常温常压及空气的气氛下进行等离子处理50秒得到表面刻蚀火化后的纤维毡；
(3)表面刻蚀火化后的纤维毡放置在3mol/L的磷酸氢铵中浸泡8小时，然后在90℃中烘干，得到含有磷酸氢铵的纤维毡；
(4)将含有磷酸氢铵的纤维毡在320℃进行碳化，然后在850℃通入水蒸气进行活化20min，得到活性炭纤维毡；
(5)将活性炭纤维毡通过磁控溅射即25℃下氩气的气氛中、4×10-4Pa的真空下镀2min在纤维表面沉积Ag，厚度为50nm，得到负载有杀菌和抗病毒功效Ag的活性炭纤维毡；
(6)通过多喷头静电纺丝设备将TPU/PU共混溶液喷射到基于负载有杀菌和抗病毒功效Ag的活性炭纤维毡表面，形成一层纳米纤维膜，克重为6g/m2，得到空气净化滤芯；
(7)将3层空气净化滤芯进行折叠组装制备成具有一定厚度且具有过滤效果的空气净化芯材；
(8)通过将空气净化芯材与粗过滤网、紫外线消毒灯、控制面板、风扇电动机部件进行装备，形成具有明显空气净化、灭菌和抗病毒作用的空气净化器。
按照ISO181842019纺织品抗病毒活性的测定、GB/T 20944.3-2008纺织品抗菌性能的评价，对实施例2中空气净化滤芯的各项测试性能如表2所示，所制备的空气净化滤芯对于常规细菌及流感病毒都有很好的抑制率，同时还具有对甲醛等化学气体的吸附性能，可以广泛的应用到各类空气过滤和净化场所中。
表2实施例2的滤芯性能测试
Figure BDA0003116841930000051
实施例3
(1)通过针刺技术制备面密度为200g/m2、厚度为1mm的PAN基纤维毡；
(2)PAN基纤维毡在常温常压及空气的气氛下进行等离子处理60秒得到表面刻蚀火化后的纤维毡；
(3)表面刻蚀火化后的纤维毡放置在5mol/L的磷酸氢铵中浸泡10小时，然后在90℃中烘干，得到含有磷酸氢铵的纤维毡；
(4)将含有磷酸氢铵的纤维毡在280℃进行碳化，然后在900℃通入水蒸气进行活化20min，得到活性炭纤维毡；
(5)将活性炭纤维毡通过磁控溅射即25℃下氩气的气氛中、4×10-4Pa的真空下镀2min在纤维表面沉积Ag，厚度为80nm，得到负载有杀菌和抗病毒功效Ag的活性炭纤维毡；
(6)通过多喷头静电纺丝设备将TPU/PU共混溶液喷射到基于负载有杀菌和抗病毒功效Ag的活性炭纤维毡表面，形成一层纳米纤维膜，克重为8g/m2，得到空气净化滤芯；
(7)将5层空气净化滤芯进行折叠组装制备成具有一定厚度且具有过滤效果的空气净化芯材；
(8)通过将空气净化芯材与粗过滤网、紫外线消毒灯、控制面板、风扇电动机部件进行装备，形成具有明显空气净化、灭菌和抗病毒作用的空气净化器。
按照ISO181842019纺织品抗病毒活性的测定、GB/T 20944.3-2008纺织品抗菌性能的评价，对实施例3中空气净化滤芯的各项测试性能如表3所示，所制备的空气净化滤芯对于常规细菌及流感病毒都有很好的抑制率，同时还具有对甲醛等化学气体的吸附性能，可以广泛的应用到各类空气过滤和净化场所中。
表3实施例3的滤芯性能测试
清洗0次 清洗1次 清洗5次 清洗10次
大肠杆菌10分钟抑制率 100％ 100％ 100％ 100％
金黄色葡萄球菌10分钟抑制率 100％ 100％ 100％ 100％
白色念珠菌10分钟抑制率 100％ 99.5％ 99.2％ 96.1％
H1N1流感病毒抗病毒效率Mv 3.1 2.6 2.6 2.3
甲醛穿透容量 55mg/g 51mg/g 50mg/g 47mg/g
本发明的保护内容不局限于以上实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求为保护范围。

Claims (10)

1.一种具有抗菌、抗病毒作用的空气净化芯材，其特征在于：利用聚丙烯腈基活性炭纤维，进行抗菌抗病毒整理，并与纳米纤维膜复合，得到该空气净化芯材，所述聚丙烯腈基活性炭纤维表面具有微孔，所述抗菌抗病毒整理采用的是纳米银抗菌剂，所述纳米纤维膜是由TPU/PU静电纺丝制备而成。
2.权利要求1所述的具有抗菌、抗病毒作用的空气净化芯材的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：
（1）通过针刺技术制备聚丙烯腈纤维预氧丝纤维毡S1；
（2）S1在常温常压及空气的气氛下进行等离子处理得到S2；
（3）S2放置在磷酸氢铵水溶液中浸泡，然后烘干，得到S3；
（4）将S3进行碳化，并在水蒸气中进行活化，过程通N2保护，得到活性炭纤维毡S4；
（5）将S4通过磁控溅射在纤维表面沉积Ag，得到负载有杀菌和抗病毒功效Ag的活性炭纤维毡S5；
（6）基于S5毡，通过多喷头静电纺丝设备将TPU/PU共混溶液喷射到活性炭纤维毡S5表面，形成一层纳米纤维膜，得到S6；
（7）将S6进行折叠组装，制备成具有一定厚度及过滤效果的空气净化芯材S7。
3.根据权利要求2所述的具有抗菌、抗病毒作用的空气净化芯材的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述纤维毡S1的厚度为1mm，面密度为200g/m2。
4.根据权利要求2所述的具有抗菌、抗病毒作用的空气净化芯材的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述等离子处理时间为30~60秒。
5.根据权利要求2所述的具有抗菌、抗病毒作用的空气净化芯材的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，所述磷酸氢铵水溶液的浓度为2~5mol/L，浸泡时间为8~10小时，烘干温度为90℃。
6.根据权利要求2所述的具有抗菌、抗病毒作用的空气净化芯材的制备方法，其特征在于：步骤（4）中，所述碳化温度为280~320℃，活化温度为850~900℃，活化时间为20~30min。
7.根据权利要求3所述的具有抗菌、抗病毒作用的空气净化芯材的制备方法，其特征在于：步骤（5）中，所述纤维表面沉积Ag的厚度为40~80nm，所述磁控溅射的工艺参数为：在25℃下氩气的气氛中，4×10-4Pa真空下镀2min。
8.根据权利要求3所述的具有抗菌、抗病毒作用的空气净化芯材的制备方法，其特征在于：步骤（6）中，所述纳米纤维膜的克重为6~8g/m2。
9.根据权利要求3所述的具有抗菌、抗病毒作用的空气净化芯材的制备方法，其特征在于：步骤（7）中，所述S6为至少一层。
10.权利要求1所述的具有抗菌、抗病毒作用的空气净化芯材在空气净化器领域的应用。
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