CN117732157A - 纤维滤材的改性装置、改性方法、改性后纤维滤材和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于气体过滤技术领域，具体涉及一种纤维滤材的改性装置、改性方法、改性后纤维滤材和应用。该改性装置包括连通设置的过滤漏斗和集液瓶，其中，所述过滤漏斗由上到下包括缓存腔，集液腔和出液段，在缓存腔和集液腔之间设置有过滤板，所述集液腔侧壁上开设有若干通孔；所述集液瓶包括鼓气口。本发明在现有抽滤瓶上进行改造，将抽气口改为鼓气口，用鼓气抵消一部分溶液重力，降低改性溶液下落的速率，延长纤维滤材与改性溶液的接触时间，实现异质材料的有效负载；滤材下方的漏斗边缘开设了若干通孔，使得鼓入的气体既能够抵抗改性溶液重力，又不至于一直积聚在集液腔里面导致改性溶液下方压强逐渐增大，导致改性溶液最终无法下落。
Description
技术领域
本发明属于气体过滤技术领域，具体涉及一种纤维滤材的改性装置、改性方法、改性后纤维滤材和应用。
背景技术
现有技术中经常会在(纤维)过滤材料基材上进行异质材料如二维材料纳米片的负载，从而增强过滤器的过滤性能(如油水分离性能)或赋予基材其他功能。现有技术中对于这些纤维分布较为密实或者孔隙结构较小的过滤器基材，利用抽滤、浸渍等简单物理方法即可实现较好的负载。然而，在粗效过滤纤维结合静电增强技术中，利用疏松的(或者说孔隙结构较大的)粗效纤维作为过滤器的过滤基材，就能够同时实现高效低阻过滤。但当对这些粗效纤维过滤器的过滤基材进行改性时，由于纤维间孔径较大，传统的抽滤，浸渍等物理方法不能使异质材料被截留，因此不能实现很好的负载效果。
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对粗效纤维进行改性时，传统的过滤、浸渍方法不能实现很好的负载效果等缺陷，从而提供一种纤维滤材的改性装置、改性方法、改性后纤维滤材和应用。
为此，本发明提供如下技术方案：
本发明提供一种纤维滤材的改性装置，其特征在于，包括连通设置的过滤漏斗和集液瓶，其中，
所述过滤漏斗由上到下包括缓存腔，集液腔和出液段，在缓存腔和集液腔之间设置有过滤板，所述集液腔侧壁上开设有若干通孔；
所述集液瓶包括鼓气口。可选地，所述鼓气口与鼓气泵相连，用于将气体鼓入。
可选地，所述过滤板的孔径为1mm-3mm；
和/或，所述通孔的孔径为0.1mm-1mm；
和/或，所述通孔的个数为5-50个每平方厘米。
本发明还提供一种纤维滤材的改性方法，采用上述的改性装置。
可选地，所述的纤维滤材的改性方法包括如下步骤：
将纤维滤材置于过滤板上，在缓存腔中注入改性液体，通过鼓气口鼓入气体，改性液体通过集液腔和出液段进入集液瓶。
可选地，所述纤维滤材的孔径为50μm-1000μm。
可选地，鼓入气体的流量为5-50L/min。
可选地，所述过滤纤维的材质为芳纶、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚烯烃、聚乳酸、活性炭、玻璃纤维中的任意一种。
可选地，所述改性液体中异质材料的含量为0.01-1％；
和/或，改性溶液中异质材料与纤维滤材的质量比为1：1-1：10。
本发明还提供一种上述的改性方法得到的改性后纤维滤材。
本发明还提供一种上述的改性后纤维滤材在静电增强过滤中的应用。
具体地，可以被广泛应用于医院、办公楼等公共建筑空间，或者制药厂、芯片厂等对室内空气质量要求较高的洁净室。
本发明中，改性溶液中的异质材料为常规的纤维滤材改性材料，包括但不限于二维纳米片或半导体材料等；所用的溶剂可以为水或乙醇等无毒无害的常用实验室溶剂。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明提供的纤维滤材的改性装置，包括连通设置的过滤漏斗和集液瓶，其中，所述过滤漏斗由上到下包括缓存腔，集液腔和出液段，在缓存腔和集液腔之间设置有过滤板，所述集液腔侧壁上开设有若干通孔；所述集液瓶包括鼓气口。本发明提供的改性装置，在现有抽滤瓶上进行改造，将抽气口改为鼓气口，用鼓气抵消一部分溶液重力，降低改性溶液下落的速率，延长纤维滤材与改性溶液的接触时间，实现异质材料的有效负载；滤材下方的漏斗边缘开设了若干通孔，使得鼓入的气体既能够抵抗改性溶液重力，又不至于一直积聚在集液腔里面导致改性溶液下方压强逐渐增大，导致改性溶液最终无法下落。
本发明提供的纤维滤材的改性方法，采用本发明提供的特定的改性装置，能够通过简单的过滤方法实现粗效纤维的改性，增加纤维滤材与改性溶液的接触时间，异质材料能够被有效截留，实现较好的改性负载效果。
本发明提供的纤维滤材的改性方法，通过对鼓气流量的限定，从而可以调节改性溶液下落的速率，实现负载量的调控。
本发明提供的改性后的纤维滤材，可应用于静电增强过滤领域中，具体可以被广泛应用于医院、办公楼等公共建筑空间，或者制药厂、芯片厂等对室内空气质量要求较高的洁净室。
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为本发明实施例提供的纤维滤材的改性装置的结构示意图；
图2为本发明测试例中静电增强过滤测试设备的结构示意图；
附图标记说明：
1、缓存腔；2、集液腔；3、通孔；4、出液段；5、过滤板；6、集液瓶；7、鼓气口；8、纤维滤材；9、过滤管道；10、过滤前测试口；11、多孔金属板；12、放电电源；13、放电针；14、极化电源；15、正极金属网；16、过滤材料；17、负极金属网；18、过滤后测试口。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例提供一种纤维滤材的改性方法，采用如图1所示的改性装置，具体改性步骤和操作参数如下：
本实施例中采用的改性装置，包括连通设置的过滤漏斗和集液瓶6，其中，所述过滤漏斗由上到下包括用于缓存改性溶液的缓存腔1，集液腔2和出液段4，在缓存腔1和集液腔2之间设置有过滤板5，所述过滤板5用于放置纤维滤材8，所述集液腔2侧壁上开设有若干通孔3；所述集液瓶6包括鼓气口7，用于鼓入气体；
所述过滤板的孔径为1mm；所述通孔的孔径为0.1mm；所述通孔的个数为50个每平方厘米。
改性过程中，将纤维滤材8置于过滤板5上，在缓存腔1中注入改性液体，通过鼓气口7鼓入气体，改性液体通过集液腔2和出液段4进入集液瓶6；
其中，所述纤维滤材的材质为PET，孔径为1000μm；鼓入的气体为空气，流量为5L/min；所述改性液体中异质材料的含量为0.01％，异质材料为GO，尺寸为5μm，溶剂为水；改性溶液中异质材料与纤维滤材的质量比为1：1。
实施例2
本实施例提供一种纤维滤材的改性方法，采用如图1所示的改性装置，具体改性步骤和操作参数如下：
本实施例中采用的改性装置，包括连通设置的过滤漏斗和集液瓶6，其中，所述过滤漏斗由上到下包括用于缓存改性溶液的缓存腔1，集液腔2和出液段4，在缓存腔1和集液腔2之间设置有过滤板5，所述过滤板5用于放置纤维滤材8，所述集液腔2侧壁上开设有若干通孔3；所述集液瓶6包括鼓气口7，用于鼓入气体；
所述过滤板的孔径为3mm；所述通孔的孔径为1mm；所述通孔的个数为5个每平方厘米。
改性过程中，将纤维滤材8置于过滤板5上，在缓存腔1中注入改性液体，通过鼓气口7鼓入气体，改性液体通过集液腔2和出液段4进入集液瓶6；
其中，所述纤维滤材的材质为聚乳酸，孔径为100μm；鼓入的气体为空气，流量为50L/min；所述改性液体中异质材料的含量为0.5％，异质材料为BN，尺寸为1μm，溶剂为水；改性溶液中异质材料与纤维滤材的质量比为1：10。
实施例3
本实施例提供一种纤维滤材的改性方法，采用如图1所示的改性装置，具体改性步骤和操作参数如下：
本实施例中采用的改性装置，包括连通设置的过滤漏斗和集液瓶6，其中，所述过滤漏斗由上到下包括用于缓存改性溶液的缓存腔1，集液腔2和出液段4，在缓存腔1和集液腔2之间设置有过滤板5，所述过滤板5用于放置纤维滤材8，所述集液腔2侧壁上开设有若干通孔3；所述集液瓶6包括鼓气口7，用于鼓入气体；
所述过滤板的孔径为2mm；所述通孔的孔径为0.5mm；所述通孔的个数为30个每平方厘米。
改性过程中，将纤维滤材8置于过滤板5上，在缓存腔1中注入改性液体，通过鼓气口7鼓入气体，改性液体通过集液腔2和出液段4进入集液瓶6；
其中，所述纤维滤材的材质为聚丙烯，孔径为500μm；鼓入的气体为空气，流量为30L/min；所述改性液体中异质材料的含量为0.1％，异质材料为MoS2，尺寸为2μm，溶剂为水；改性溶液中异质材料与纤维滤材的质量比为1：6。
实施例4
本实施例提供一种纤维滤材的改性方法，采用如图1所示的改性装置，具体改性步骤和操作参数如下：
本实施例中采用的改性装置，包括连通设置的过滤漏斗和集液瓶6，其中，所述过滤漏斗由上到下包括用于缓存改性溶液的缓存腔1，集液腔2和出液段4，在缓存腔1和集液腔2之间设置有过滤板5，所述过滤板5用于放置纤维滤材8，所述集液腔2侧壁上开设有若干通孔3；所述集液瓶6包括鼓气口7，用于鼓入气体；
所述过滤板的孔径为2mm；所述通孔的孔径为0.5mm；所述通孔的个数为30个每平方厘米。
改性过程中，将纤维滤材8置于过滤板5上，在缓存腔1中注入改性液体，通过鼓气口7鼓入气体，改性液体通过集液腔2和出液段4进入集液瓶6；
其中，所述纤维滤材的材质为聚丙烯，孔径为500μm；鼓入的气体为空气，流量为30L/min；所述改性液体中异质材料的含量为0.2％，异质材料为BN，尺寸为1μm，溶剂为水；改性溶液中异质材料与纤维滤材的质量比为1：5。
实施例5
本实施例提供一种纤维滤材的改性方法，采用如图1所示的改性装置，具体改性步骤和操作参数如下：
本实施例中采用的改性装置，包括连通设置的过滤漏斗和集液瓶6，其中，所述过滤漏斗由上到下包括用于缓存改性溶液的缓存腔1，集液腔2和出液段4，在缓存腔1和集液腔2之间设置有过滤板5，所述过滤板5用于放置纤维滤材8，所述集液腔2侧壁上开设有若干通孔3；所述集液瓶6包括鼓气口7，用于鼓入气体；
所述过滤板的孔径为2mm；所述通孔的孔径为0.5mm；所述通孔的个数为30个每平方厘米。
改性过程中，将纤维滤材8置于过滤板5上，在缓存腔1中注入改性液体，通过鼓气口7鼓入气体，改性液体通过集液腔2和出液段4进入集液瓶6；
其中，所述纤维滤材的材质为玻璃纤维，孔径为100μm；鼓入的气体为空气，流量为30L/min；所述改性液体中异质材料的含量为0.1％，异质材料为MoS2，尺寸为2μm，溶剂为水；改性溶液中异质材料与纤维滤材的质量比为1：5。
对比例1
本对比例提供一种纤维滤材的改性方法，与实施例1相比，区别在于，采用常规过滤装置，集液腔侧壁不包括通孔，改性过程中进行抽气，抽气流量为5L/min。
对比例2
本对比例提供一种纤维滤材的改性方法，与实施例1相比，区别在于，采用常规过滤装置，集液腔侧壁不包括通孔，改性过程中利用重力进行过滤，不进行抽气或鼓气操作。
测试例
对各实施例和对比例提供的改性后纤维滤材进行测试，具体测试项目和测试方法如下：
负载量：用分析天平测试负载前后的纤维滤材质量，将负载后的纤维滤材质量减去负载前的纤维滤材质量，得到异质材料负载量；
介电常数：借助矢量网络分析仪测试负载异质材料前后纤维滤材表面的介电常数(1MHz)；
过滤效率：采用如图2所示的静电增强过滤测试设备，其中，19为过滤管道，主要包括放电段(放电针13，多孔金属板11和放电电源12)、极化段(正极金属网15，过滤材料16，负极金属网17和极化电源14)以及两个测试口10(过滤前)和18(过滤后)。空气颗粒物(颗粒物含量约为10000个/L，颗粒物粒径约为0.3-0.5μm)随气流的方向从左往右移动，在放电段被荷电，进一步移动到极化段时，被极化的滤网所捕获，从而颗粒物被截留下来。通过在2和10处分别测试过滤前后的颗粒物数量，从而得到过滤效率。如图所示设备，将目标测试过滤材料放置在8处，调节风机至1m/s(风速计测试风速)，测试过程中的放电电压：7kV；极化电压：20kV，利用压差计记录此时的过滤阻力。在2和10处利用颗粒物计数器分别测试过滤前后的颗粒物数量，得到测试效率；
过滤阻力：调节至目标风速后，用风阻计测试2和10处的压差，得到过滤阻力；
具体测试结果见下表。
表1
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。而由此所引申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)
1.一种纤维滤材的改性装置，其特征在于，包括连通设置的过滤漏斗和集液瓶，其中，
所述过滤漏斗由上到下包括缓存腔，集液腔和出液段，在缓存腔和集液腔之间设置有过滤板，所述集液腔侧壁上开设有若干通孔；
所述集液瓶包括鼓气口。
2.根据权利要求1所述的纤维滤材的改性装置，其特征在于，所述过滤板的孔径为1mm-3mm；
和/或，所述通孔的孔径为0.1mm-1mm；
和/或，所述通孔的个数为5-50个每平方厘米。
3.一种纤维滤材的改性方法，其特征在于，采用权利要求1或2所述的改性装置。
4.根据权利要求3所述的纤维滤材的改性方法，其特征在于，包括如下步骤：
将纤维滤材置于过滤板上，在缓存腔中注入改性液体，通过鼓气口鼓入气体，改性液体通过集液腔和出液段进入集液瓶。
5.根据权利要求4所述的纤维滤材的改性方法，其特征在于，所述纤维滤材的孔径为50μm-1000μm。
6.根据权利要求4或5所述的纤维滤材的改性方法，其特征在于，鼓入气体的流量为5-50L/min。
7.根据权利要求4-6任一项所述的纤维滤材的改性方法，其特征在于，所述过滤纤维的材质为芳纶、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚烯烃、聚乳酸、活性炭、玻璃纤维中的任意一种。
8.根据权利要求7所述的纤维滤材的改性方法，其特征在于，所述改性液体中异质材料的含量为0.01-1％；
和/或，改性溶液中异质材料与纤维滤材的质量比为1：1-1：10。
9.一种权利要求3-8任一项所述的改性方法得到的改性后纤维滤材。
10.一种权利要求9所述的改性后纤维滤材在静电增强过滤中的应用。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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