[发明专利]一种可重复利用纳米蛛网空气过滤膜及其制备方法

说明书

本发明涉及一种可重复利用纳米蛛网空气过滤膜及其制备方法，其为二维超细蛛网膜和一维纳米纤维相互复合形成的多级结构纳米蛛网膜材料；制备方法为：将聚合物溶解于混合溶剂中，加入二价无机盐，搅拌形成均质纺丝溶液；用所得的纺丝溶液进行静电喷网，静电喷射过程中以侧向气流对聚合物射流进行喷吹并在纺丝区间内形成相对湿度梯度场，促进带电小液滴的形成、射流的拉伸细化和溶剂的快速挥发与相分离；经充分干燥后，得到可重复利用纳米蛛网空气过滤膜。本发明制备过程简单，滤膜的结构可调控性强，蛛网覆盖率为100%，对2.5μm颗粒物的过滤效率≥99%，阻力压降≤120Pa，容尘量≥40g/m²，清灰后的残留容尘量≤5g/m²，具有良好的可重复利用性。

技术领域

本发明属于空气过滤材料制备技术领域，涉及一种可重复利用纳米蛛网空气过滤膜及其制备方法，特别是以不同高分子聚合物为原料，采用静电喷网技术获得的可重复利用纳米蛛网空气过滤膜及其制备方法。

背景技术

随着我国工业化和城镇化的高速发展，空气污染问题日益严峻，尤其是近年来我国大部分地区频繁出现的雾霾污染，对人们的身体健康和生活环境造成了严重危害，采用纤维过滤材料加强对空气中微细颗粒物的过滤是解决上述问题的有效途径，然而现有的玻璃纤维、碳纤维毡垫、非织造布等过滤材料普遍存在过滤效率低、阻力压降高、使用寿命短等问题，难以对微细颗粒物进行持久、有效的防护。与上述空气过滤材料相比，静电纺纳米纤维具有直径小、比表面积大、结构可控性强等特点，成为制备高性能滤膜的理想材料，在个体防护和室内空气净化等领域具有广阔的应用前景。公开的制备静电纺纳米纤维过滤材料的技术有一种纳米纤维过滤材料及其制备方法（CN105040271A），一种过滤器用电纺丝基复合纳米纤维材料的制备方法（CN101829454A），静电纺聚乳酸纳米纤维复合滤料的过滤性能研究（论文），静电纺PAN纳米纤维膜过滤性能研究（论文），静电纺纳米纤维/非织造布复合过滤材料的结构性能与模拟（硕士论文）都是将单一直径的静电纺纳米纤维直接沉积到接收基材上形成纳米纤维过滤材料，并通过减小纳米纤维直径或增加纳米纤维堆积量来提高其过滤效率，然而制备出的纳米纤维滤膜却存在阻力压降大、使用寿命短、无法重复利用的问题。因此，开发可重复使用的高效低阻纳米纤维过滤材料已经成为空气过滤领域迫切需要解决的关键问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有空气过滤材料存在的阻力压降高、不能重复利用的不足，提供一种可重复利用的纳米蛛网空气过滤膜及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种可重复利用纳米蛛网空气过滤膜，其关键技术在于：所述纳米蛛网空气过滤膜为二维超细蛛网膜和一维纳米纤维相互复合形成的多级结构纳米蛛网膜材料。

所述二维超细蛛网膜具有类似蜘蛛网的网孔形态，网中纤维的平均直径为5~50nm，蛛网覆盖率为100%。

所述一维纳米纤维具有均匀圆柱形态，纤维平均直径为100～900nm，纳米纤维之间随机排列，形成具有三维曲孔空腔的网状连通结构。

所述空气过滤膜的平均孔径为0.2～2μm，孔隙率≥80%，对2.5μm颗粒物的过滤效率≥99%，阻力压降≤120Pa，容尘量≥40g/m²。

所述空气过滤膜中孔径为0.2～2μm的蛛网结构能够通过物理拦截机制将2.5μm的颗粒物截留在其表面，经机械振动清灰后纳米蛛网空气过滤膜的残留容尘量≤5g/m²。

本发明还提供了上述可重复利用纳米蛛网空气过滤膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

步骤（1），将高分子聚合物溶解于溶剂中，并加入二价无机盐，用磁力搅拌器连续搅拌12~24h，得到均匀、稳定的纺丝溶液；