CN115182090B - 一种功能性纳米纤维膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及纳米纤维领域，公开了一种功能性纳米纤维膜的制备方法,所述方法包括如下步骤：步骤1、两种纺丝原液配置；步骤2、静电纺丝步骤3、后处理。本发明以静电纺丝技术为制备方法，以碳化硅、氧化石墨烯为纺丝原料，进行双喷头纺丝，制备复合型纳米纤维膜，并贴合于基材滤料上，客服了现有PTFE膜导电性差和易磨损、过滤效率进一步提升困难等缺点。

Description

一种功能性纳米纤维膜的制备方法
技术领域
本发明涉及纳米纤维领域，具体的是一种功能性纳米纤维膜的制备方法。
背景技术
PTFE覆膜滤料作为袋式除尘行业的重要产品，越来越广泛的应用在化工、 钢铁、冶金、水泥、垃圾焚烧等各种工业熔炉的烟气过滤，但想要进一步提升 其过滤效率较为困难；一方面由于PTFE膜具有绝缘不导电的性能，在粉尘浓度 较高的工况环境中，由于摩擦产生静电易导致爆炸风险，一定程度上限制了PTFE 覆膜滤料的使用；另一方名由于PTFE微孔膜较薄，容易在安装或使用过程中摩 擦破损，使得烟气排放浓度达不到要求，对此类工业熔炉实现超低排放造成了 一定的阻碍，增加了企业的成本及环保风险。
碳化硅(SIC)独特的晶体结构赋予了它高的机械性能、高的热导率、低的热 膨胀系数、大的载流子漂移速度、小的介电常数、优异的化学稳定性及电子亲 和性等特点。一维SiC纳米材料因其理想的禁带宽度(Eg(3C-SiC)＝2.4eV)、合 适的能带位置、优异的电磁波吸收性能、优良的化学稳定性、高的载流子迁移 率及环境友好等特点被广泛应用于微波辅助降解有机污染物、光电催化分解水 制氢、光降解有机污染物、光还原CO2等方面。
氧化石墨烯(GO)所具有的优异的导电性、力学性能、光学性能等，在材料 学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认 为是一种未来革命性的材料。
静电纺丝技术作为制备纳米纤维材料的主要技术而被广泛应用，通过静电 纺丝制备的纳米纤维膜，其孔隙率要比PTFE膜小，过滤效率更低。
发明内容
为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种功能性纳 米纤维膜的制备方法，以碳化硅和氧化石墨烯为纺丝原液进行静电纺丝，得到 纳米纤维膜，并将其贴合于基材滤料上，弥补了传统PTFE覆膜滤料的缺点。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种功能性纳米纤维膜的制备方法,所述方法包括如下步骤：
步骤1、两种纺丝原液配置；
步骤2、静电纺丝
步骤3、后处理。
进一步的，所述步骤1中两种纺丝原液分别为碳化硅纺丝溶液和氧化石墨 烯纺丝溶液。
进一步的，所述碳化硅纺丝溶液的配置方法为：
将聚碳硅烷和聚苯乙烯(质量比2：2)混合，并添加在聚乙烯醇溶液中， 添加比例为51％；通过磁力搅拌器在室温下搅拌4h以上使其充分分散均匀，得 到碳化硅纺丝原液。
进一步的，所述氧化石墨烯纺丝溶液的配置方法为：
分别配置浓度为2wt％的氧化石墨烯水溶液和2wt％的聚丙烯酸钠水溶液。 其中，氧化石墨烯(GO)片层尺寸分布在20～30μm，统计得到平均尺寸约为25μm。
将两者按质量比1:1混合后(即聚丙烯酸钠占比为50wt％)使用均质机均匀， 得到聚丙烯酸钠/氧化石墨烯混合纺丝液。
进一步的，所述步骤2中静电纺丝的方法为：将步骤1得到两种静电纺丝 溶液分别加入到注射针筒内，保持针头与基材之间的距离15cm，在针头间施加 35KV的高压进行纺丝，针头的推进速度为1300ml/h，两种纺丝溶液通过两个针 头，上下杂化纺丝于接收板材上。
进一步的，所述步骤3中后处理方法为：将纺丝后的复合纳米纤维膜通过 300℃烘箱，得到定型后的纤维膜，并将其覆于基材滤料上。
本发明的有益效果：
本发明以静电纺丝技术为制备方法，以碳化硅、氧化石墨烯为纺丝原料， 进行双喷头纺丝，制备复合型纳米纤维膜，并贴合于基材滤料上，客服了现有 PTFE膜导电性差和易磨损、过滤效率进一步提升困难等缺点。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是性能测试结果。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造 性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
碳化硅纺丝液配置：
将聚碳硅烷和聚苯乙烯(质量比1：2)混合，并添加在聚乙烯醇溶液中， 添加比例为36％；通过磁力搅拌器在室温下搅拌4h以上使其充分分散均匀，得 到碳化硅纺丝原液，备用；
氧化石墨烯纺丝溶液配置：
分别配置浓度为1wt％的氧化石墨烯水溶液和2.33wt％的聚丙烯酸钠水溶 液。其中，氧化石墨烯(GO)片层尺寸分布在20～30μm，统计得到平均尺寸约为 25μm。
将两者按质量比1:1混合后(即石墨烯占比为30wt％)使用均质机均匀，得 到聚丙烯酸钠/氧化石墨烯混合纺丝液，备用；
静电纺丝：
将两种纺丝溶液分别加入到针筒内，调节针头位置，使其距离接收板材5cm， 针头间电压为20kv，推进速度600ml/h，进行纺丝，得到杂化功能性纤维膜；
后处理：
将纺丝得到的功能性纤维膜以3m/min的速度通过300℃烘箱，得到定型后 的纤维膜，并将其覆于基材滤料上。
实施例2
碳化硅纺丝液配置：
将聚碳硅烷和聚苯乙烯(质量比2：2)混合，并添加在聚乙烯醇溶液中， 添加比例为51％；通过磁力搅拌器在室温下搅拌4h以上使其充分分散均匀，得 到碳化硅纺丝原液，备用；
氧化石墨烯纺丝溶液配置：
分别配置浓度为2wt％的氧化石墨烯水溶液和2wt％的聚丙烯酸钠水溶液。 其中，氧化石墨烯(GO)片层尺寸分布在20～30μm，统计得到平均尺寸约为25μm。
将两者按质量比1:1混合后(即聚丙烯酸钠占比为50wt％)使用均质机均匀， 得到聚丙烯酸钠/氧化石墨烯混合纺丝液，备用；
静电纺丝：
将两种纺丝溶液分别加入到针筒内，调节针头位置，使其距离接收板材15cm， 针头间电压为35kv，推进速度1300ml/h，进行纺丝，得到杂化功能性纤维膜；
后处理：
将纺丝得到的功能性纤维膜以3m/min的速度通过300℃烘箱，得到定型后 的纤维膜，并将其覆于基材滤料上。
实施例3
碳化硅纺丝原液配置：
将聚碳硅烷和聚苯乙烯(3：2)混合，并添加在聚乙烯醇溶液中，添加比 例为70％；通过磁力搅拌器在室温下搅拌4h以上使其充分分散均匀，得到碳化 硅纺丝原液，备用；
氧化石墨烯纺丝溶液配置：
分别配置浓度为2.4wt％的氧化石墨烯水溶液和1.6wt％的聚丙烯酸钠水溶 液。其中，氧化石墨烯(GO)片层尺寸分布在20～30μm，统计得到平均尺寸约为 25μm。
按照质量比1：1称取氧化石墨烯和聚丙烯酸钠，分散在水中形成混合溶液， 得到聚丙烯酸钠/氧化石墨烯混合纺丝液，备用；
静电纺丝：
将两种纺丝溶液分别加入到针筒内，调节针头位置，使其距离接收板材20cm， 针头间电压为50kv，推进速度2000ml/h，进行纺丝，得到杂化功能性纤维膜；
后处理：
将纺丝得到的功能性纤维膜以3m/min的速度通过300℃烘箱，得到定型后 的纤维膜，并将其覆于基材滤料上。
对比例1(对比实施例2)
将聚碳硅烷和聚苯乙烯(质量比2：2)混合，并添加在聚乙烯醇溶液中， 添加比例为51％；通过磁力搅拌器在室温下搅拌4h以上使其充分分散均匀，得 到碳化硅纺丝原液，备用；
静电纺丝：
将碳化硅纺丝纺丝溶液加入到针筒内，调节针头位置，使其距离接收板材 15cm，针头间电压为35kv，推进速度1300ml/h，进行纺丝，得到杂化功能性纤 维膜；
后处理：
将纺丝得到的功能性纤维膜以3m/min的速度通过300℃烘箱，得到定型后 的纤维膜，并将其覆于基材滤料上。
对比例2(对比实施例2)
氧化石墨烯纺丝溶液配置：
分别配置浓度为2wt％的氧化石墨烯水溶液和2wt％的聚丙烯酸钠水溶液。 其中，氧化石墨烯(GO)片层尺寸分布在20～30μm，统计得到平均尺寸约为25μm。
将两者按质量比1:1混合后(即聚丙烯酸钠占比为50wt％)使用均质机均匀， 得到聚丙烯酸钠/氧化石墨烯混合纺丝液，备用；
静电纺丝：
将两种纺丝溶液分别加入到针筒内，调节针头位置，使其距离接收板材15cm， 针头间电压为35kv，推进速度1300ml/h，进行纺丝，得到杂化功能性纤维膜；
后处理：
将纺丝得到的功能性纤维膜以3m/min的速度通过300℃烘箱，得到定型后 的纤维膜，并将其覆于基材滤料上。
对比例3
将外购的PTFE膜通过热覆的方式覆在基材滤料上。
性能测试结果：如图1所示。
通过各个实施例和对比例的测试结果，可以看出实施例2整体性能要优于 其他实施例和对比例。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业 的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中 描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明 还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (2)

1.一种功能性纳米纤维膜的制备方法,其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤1、两种纺丝原液配置；
步骤2、静电纺丝；
步骤3、后处理；
所述步骤1中两种纺丝原液分别为碳化硅纺丝溶液和氧化石墨烯纺丝溶液；
所述碳化硅纺丝溶液的配置方法为：
将聚碳硅烷和聚苯乙烯以质量比2：2混合，并添加在聚乙烯醇溶液中，添加比例为51％；通过磁力搅拌器在室温下搅拌4h以上使其充分分散均匀，得到碳化硅纺丝原液；
所述氧化石墨烯纺丝溶液的配置方法为：
分别配置浓度为2wt％的氧化石墨烯水溶液和2wt％的聚丙烯酸钠水溶液。其中，氧化石墨烯(GO)片层尺寸分布在20～30μm，统计得到平均尺寸约为25μm；
将两者按质量比1:1混合后使用均质机均匀，得到聚丙烯酸钠/氧化石墨烯混合纺丝液；
所述步骤3中后处理方法为：将纺丝后的复合纳米纤维膜通过300℃烘箱，得到定型后的纤维膜，并将其覆于PTFE基材滤料上。
2.根据权利要求1所述的一种功能性纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述步骤2中静电纺丝的方法为：将步骤1得到两种静电纺丝溶液分别加入到注射针筒内，保持针头与基材之间的距离15cm，在针头间施加35KV的高压进行纺丝，针头的推进速度为1300ml/h，两种纺丝溶液通过两个针头，上下杂化纺丝于接收板材上。
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