[发明专利]一种复合纳米纤维PM2.5过滤材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种复合纳米纤维PM2.5过滤材料及其制备方法。该材料包括聚丙烯腈与明胶交联的复合纳米纤维膜，通过一次性静电纺丝和加热后处理获得聚丙烯腈/明胶复合纳米纤维网状交联结构的本发明空气过滤材料，其聚丙烯腈/明胶复合纳米纤维的直径为150～300nm，孔隙率为80％～90％,平均孔径为o.5um～6um。可获得具有结构紧密，网状交联均匀、较佳的力学性能和亲水透气性的复合纳米纤维，其对数量中值直径200～300nmNaCI气溶胶的过滤效率为99.82％～99.91％，压力降为120～150Pa，断裂强度为10.92mPa，断裂伸长率89.85％，透气性为16820mL/(cm2·h)。该材料特别适用于个人防护产品、空气质量检测设备及空气净化装置等领域。

技术领域

本发明属于过滤材料制备技术领域，具体涉及一种复合纳米纤维PM2.5过滤材料及其制备方法。

背景技术

随着工业化的发展，环境及空气的污染也进一步加剧，PM2.5带来的的危害已引起全世界的关注。采用空气过滤的方法可以分离、捕集分散于空气中的微粒。静电纺丝方法可以制备得到直径几十或几百纳米多孔纤维膜，其纤维膜比表面积大、孔隙率高，很适合用作过滤材料，为高效空气过滤提供了新的过滤介质，不需要更换滤料，只需要对集尘膜定期清理就可保证膜的性能。程博闻等人制备了纳米级的聚己二酸己二醇酯纤维和驻极体熔喷非织造布与纳米纤维复合膜，对粒径在3μm以上的粉尘，过滤效率高达99.9％。但其缺点是容尘量低，气流阻力高，力学性能和亲水透气性相对较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种新型的复合纳米纤维空气过滤材料及其制备方法，该材料具有容尘量高、气流阻力低、力学性能优良、亲水透气性能好的优点。

本发明采用以下技术方案：

一种复合纳米纤维PM2.5过滤材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、分别配制质量百分数10～18％的聚丙烯腈纺丝液和质量百分数15～23％的明胶纺丝液备用；

S2、将步骤S1配制好的所述聚丙烯腈纺丝液和明胶纺丝液混制得复合纺丝液，注入到静电纺丝机纺织喷头的注射器中，将所述纺织喷头设置在静电纺丝机的接收板上方并通过蠕动泵控制纺丝液的流速，在所述接收板上设置锡箔纸，然后启动复合纺丝液喷头，在所述接收板表面接收纳米纤维，形成一层均匀的聚丙烯腈/明胶复合纳米纤维膜；

S3、将步骤S2制备的所述聚丙烯腈/明胶纳米复合纤维膜在室温下干燥24h，然后在40～60℃下真空干燥12～24h，得到所述聚丙烯腈/明胶复合纳米纤维PM2.5过滤材料。

优选的，步骤S1中，所述聚丙烯腈纺丝液的溶剂为N，N-二甲基甲酰胺，聚丙烯腈的分子量为15，000。

优选的，步骤S1中，所述明胶纺丝液的溶剂为冰醋酸分析纯。

优选的，步骤S2中，所述聚丙烯腈纺丝液和明胶纺丝液按体积比1:1共混。

优选的，步骤S2中，设定纺丝电压为15～18kV，所述纺织喷头的纺丝距离为12～18cm，喂液速度为0.1～1mL/h。

优选的，步骤S2中，环境温度为20～25℃，相对湿度为30～40％，复合纺丝液的质量百分比浓度为25～40％。

优选的，所述过滤材料为聚丙烯腈与明胶交联形成的复合纳米纤维膜，其直径为150～300nm，采用一次性静电纺丝和加热后处理获得。

优选的，所述复合纳米纤维膜为网状交联结构，其孔隙率为80～90％，平均孔径为0.4～5um。

优选的，所述复合纳米纤维膜的拉伸强度为15～19mPa，断裂伸长率为85～89％，透气性为16500mL/(cm²·h)～16912mL/(cm²·h)。