[发明专利]一种多维度孔隙结构复合过滤膜及其制备方法有效

专利信息
申请号: 201410143534.X 申请日: 2014-04-10
公开(公告)号: CN103894077A 公开(公告)日: 2014-07-02
发明(设计)人: 魏取福;王清清;徐阳;李国辉 申请(专利权)人: 江南大学
主分类号: B01D71/06 分类号: B01D71/06;B01D69/12;B01D67/00
代理公司: 南京经纬专利商标代理有限公司 32200 代理人: 楼高潮;曹翠珍
地址: 214122 江苏*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 一种 多维 孔隙 结构 复合 滤膜 及其 制备 方法
【说明书】:

技术领域

本发明属于纳米功能材料技术领域,具体涉及一种多维度孔隙结构复合过滤膜及其制备方法。

背景技术

近年来我国工业化高速发展以及社会汽车拥有量迅猛增加,空气质量恶化加剧,持续雾霾天气对人类健康及日常生活造成了极大的影响,PM2.5已成为当今社会人们最为关注的指标之一。PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5μm的颗粒物,也称为可入肺颗粒物。工业废气、燃煤烟尘以及逐渐增加的汽车尾气排放要达到越来越严苛的国家排放新标准,开发高性能的过滤材料是行之有效的措施之一。目前,纤维过滤材料以其大的比表面积、高孔隙率、一定的强度以及较低的价格,在过滤材料中占据主导地位,应用最为广泛。普通的纤维过滤材料主要依靠布朗扩散、截留、惯性碰撞、重力沉降等机械阻挡作用来过滤空气中的微粒,因此对亚微米离子过滤效果不理想。只有当过滤材料十分密实时才能高效地捕获微小的颗粒,这导致过滤材料空气阻力增大,进而导致能耗和成本增加。因此研制过滤效率高、工作能耗低且具有特殊捕集功能的高效过滤材料成为目前迫切需要解决的难题。

纤维过滤材料的纤维直径、纤维表面结构、纤维结合体的孔隙结构(孔径大小及其分布、孔隙率等)是影响纤维过滤材料过滤精度和效率的主要因素,较小直径的纤维具有较高的过滤精度和过滤效率,因此在压力损失(过滤前后静压差值)等参数一定范围内,制备高效过滤介质最直接的方法就是在过滤材料结构中使用纳米尺度的纤维。纳米纤维材料具有高比表面积、高表面活性和高表面能,因而具有很高的过滤效率,且由于纳米纤维直径和气体分子的平均自由程相当,含有微粒的气流通过纳米纤维毡时,气体能在纤维表面产生滑移,由纤维造成的压力降损失减小,体现了高效低阻特性。同时,由于纳米纤维对悬浮颗粒物的拖弋力低于对粗大悬浮颗粒的拖弋力,因此纳米纤维的自清洁性能优良,可以非常容易地通过反向气流或机械震荡予以去除。国内关于静电纺纳米纤维用于过滤材料的专利已见报道。

专利CN101653676A公开了一种由静电纺丝法制造含有两种以上不同纤维直径分布的纳米纤维棉网,作为过滤材料并指出该材料具有高效率及低压损的特征。专利CN102806021A公开了一种纤维素纳米晶体/静电纺纳米纤维膜的制备方法,该材料能够有效截留水中的固体悬浮物、胶体、细菌甚至水中的剩余氯及重金属。但是这两种方法工业生产成本较高,不适宜大规模生产及推广。此外,与常规非织造纤维滤料相比,静电纺纳米纤维膜为基材的过滤材料的机械强度很低。

因此,将纳米纤维与非织造布复合,既可以保证滤料的机械强度及过滤性质,还可降低生产成本。如何实现纳米纤维/常规非织造布对尺寸在2.5μm以下颗粒有效过滤及拦截的纤维过滤膜,是目前纤维过滤材料制备技术中亟待解决的技术难题。本发明提供了一种多维度孔隙结构的复合滤料的制备方法,可对不同尺度范围的颗粒进行有效拦截。

发明内容

基于上述原因,本发明避免常规纤维滤料对亚微米离子过滤能力低以及纳米纤维高生产成本低机械强度的不足,而提供一种具有工业生产应用推广潜力的多维度孔隙结构复合滤料。

本发明的目的之一在于提供一种多维度孔隙结构复合过滤膜,包括非织造基布和多孔复合纳米纤维层,二者热轧复合,所述多孔复合纳米纤维层由聚合物和添加剂组成;

所述非织造基布选自涤纶、聚丙烯和聚乙烯中的任意一种;

所述聚合物选自聚丙烯腈(PAN)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、尼龙6(PA6)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氨酯(PU)、聚偏氟乙烯(PVDF)中的任意一种;

所述添加剂为蒙脱土、海泡石、凹凸棒石、硅藻土、沸石、分子筛中的任意一种;

所述添加剂的质量为聚合物质量的5~15%,所述聚合物与添加剂的总浓度为5~15wt.%。

本发明的另一目的在于提供一种多维度孔隙结构复合过滤膜的制备方法,具体步骤为:将添加剂加入纺丝液溶剂中,超声至均匀分散,然后加入聚合物,室温搅拌至溶液澄清透明;通过多喷头静电纺丝装置进行静电纺丝,得到的多孔复合纳米纤维直接在非织造布表面沉积,并经后续热轧装置进行复合。

所述纺丝液溶剂可以是丙酮、三氯甲烷、N,N-二甲基甲酰胺、甲酸、三氟乙酸、四氢呋喃中的一种或两种复配。

所述的纺丝液溶剂可任意两两复配,复配体积比为9:1~7:3,其中沸点相对较低的溶剂占主要比例成分。

所述静电纺丝的参数为:纺丝距离10~20cm,纺丝电压12~30kV,流量0.1~2mL/h。

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