[发明专利]一种静电纺制备明胶/聚醚酰亚胺复合驻极体纤维过滤材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于空气过滤领域，具体涉及一种静电纺制备明胶/聚醚酰亚胺复合驻极体纤维过滤材料及其制备方法。

技术背景

随着工业化进程的深入和快速发展，排放到大气中的粉尘颗粒物急剧增加，其中PM2.5（粒径小于2.5µm的颗粒污染物）会对人类的健康造成严重的伤害，其被吸入人体后会直接进入支气管，引发哮喘、支气管炎、尘肺和心血管病等疾病，这是造成我国肺癌患者急剧增加的主要原因之一。因此空气过滤设备成为了研究热点，其核心过滤材料的研究和开发更是成为了重中之重。

传统的熔喷非织造驻极材料经过驻极处理，表面带上电荷使其具有较高的过滤效率，但其电荷稳定性易受环境影响，且电荷衰减速率较快，过滤效率随之大幅下降。此外，驻极过程作为一项必须的后处理工艺也在一定程度上增加了生产成本。

静电纺丝过程需要施加高压，在纺丝溶液中加入性能优异的无机驻极体，通过静电纺丝，使纤维和无机驻极体都带上电荷，利用静电吸附可以大大增强静电纺/驻极体复合纤维膜的过滤效率，并降低阻力压降，可以对PM2.5进行有效的防护。

李小崎、高晶副等人在《驻极聚醚酰亚胺-二氧化硅纳米纤维膜在空气过滤中的应用》一文中采用静电纺丝技术，首先以聚醚酰亚胺（PEI）为原料，制备出不同浓度的PEI溶液，添加二氧化硅、氮化硅、钛酸钡等驻极体，驻极体的加入使静电纺纤维膜带上大量空间电荷，使其过滤效率有较大的提高。

本发明将硅纳米线作为无机驻极体加入到聚醚酰亚胺纺丝液中，制备聚醚酰亚胺复合纤维过滤材料，添加载银纳米二氧化钛提高复合纤维过滤材料的抗菌型，提高驻极体过滤材料的过滤性能。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提供一种静电纺制备明胶/聚醚酰亚胺复合驻极体纤维过滤材料及其制备方法。

一种静电纺制备明胶/聚醚酰亚胺复合驻极体纤维过滤材料，由以下重量份的原料组分：聚醚酰亚胺65-80份，明胶10-18份，一氧化硅6-11份，粉末活性炭9-16份，3-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂1-3份，冰乙酸0.8-2份，去离子水适量，偏钛酸3-6份，0.6mol/L的AgNO₃溶液适量，N-甲基吡咯烷酮适量，乙酸0.8-2份。

具体步骤如下：

（1）载银纳米二氧化钛的制备：

将偏钛酸加入去离子水中，控制溶液浓度在0.4-0.7mol/L，加热至105-125℃使其维持沸腾，发生水解反应生成白色偏钛酸沉淀，离心过滤、洗涤至沉淀中不再检出SO₄^2-离子，浸渍在0.6mol/L的AgNO₃溶液中，在70-90℃下烘干后在460-490℃下煅烧1-2小时，得到载银纳米二氧化钛；

（2）硅纳米线的制备：

将装有一氧化硅粉末的小瓷舟水平放置于氧化铝管中间，然后将该管放在高温管式炉中，抽真空在80-100Pa，然后将温度分别升高到100-200、800-1100℃并分别保温50-70分钟，之后升温到1300-1400℃保温3-5小时；之后以1-3℃/min的速率降温到550-650℃并保温20-40分钟，同时以50sccm鼓入空气到炉腔，自然冷却至室温，得到硅纳米线，备用；

（3）活性炭负载硅纳米线的制备：

①、将3-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂加入到去离子水，并用少量冰乙酸调节pH至4，在室温下搅拌20-40分钟，之后加入步骤（1）得到的硅纳米线，在80-100℃回流反应11-13小时，抽滤、洗涤、干燥，得到氨基化硅纳米线复合物；

②、将得到的氨基化硅纳米线复合物、粉末活性炭加入到去离子水，用超声波在40℃、150W的条件下混匀20-40分钟，室温下静止老化24小时，用去离子水清洗多次至流出液呈中性，110-120℃烘干10-14小时至恒重，再置于马弗炉中380-420℃焙烧3-5小时，冷却、干燥，制得活性炭负载硅纳米线；

（4）纺丝溶液的配制：

①、将步骤（1）得到载银纳米二氧化钛、步骤（3）制得活性炭负载硅纳米线加入N-甲基吡咯烷酮中，放在超声波清洗器中超声1-3小时，设为溶液A；

②、在室温条件下，将聚醚酰亚胺与N-甲基吡咯烷酮以1:3-4的比例混合，加入明胶继续搅拌至混合均匀，之后加入乙酸搅拌至透明，用封口膜封住瓶口，放在油浴中55-65℃加热18-22小时，设为溶液B，置于磁力搅拌器上搅拌，缓慢加入上述溶液A，继续搅拌7-9小时，配置成流动性良好的纺丝液；