[发明专利]一种过滤细微颗粒物的复合材料、其制备方法及应用

说明书

一种过滤细微颗粒物的复合材料，由高分子基质材料和氨基酸酯盐离子纤维材料两部分按照1：0.4～10的质量比组成；制备时，1)将氨基酸酯盐加入到乙醇中，配制成50～300mg·mL^–1的乙醇溶液；2)向所述乙醇溶液中加入高分子基质材料，再加入乙腈，在室温或冰水浴静置1～30min，待溶液形成白色凝胶后，进行干燥。本发明制备的复合材料将生物可再生与自组装特性结合，兼具生物高分子材料的环境友好、离子基团多和自组装材料的易于制备的优点。

技术领域

本发明属于复合材料制备领域，具体涉及一种过滤细微颗粒物的复合材料、其制备方法及应用。

背景技术

空气中的悬浮颗粒物(Particulate Matters,PM)，尤其是细颗粒物(PM_2.5)对人类健康产生严重的危害。现有的PM过滤材料主要是基于表面惰性的高分子化合物，如聚乙烯，聚丙烯等，这类材料主要依靠直接拦截(惯性碰撞、布朗运动扩散、拦截)，将大于孔径尺寸的细颗粒物拦截在外。由于其主要的有效过滤机制是基于尺寸筛选，这类多孔材料通常具有较小的孔道，因而具有较大的压降。

近年来，通过静电纺丝制备的基于生物可再生高分子的过滤材料因其良好的过滤效果在PM过滤领域受到越来越多的关注。与传统的高分子材料相比，生物基高分子材料具有可再生，环境友好等优点。此外，此类材料可具有丰富的离子基团，这些离子基团能影响PM的运动，在保持直接拦截效率的同时，可提高惯性撞击和扩散拦截的效率，因而具有良好的过滤效果。且离子基团数量越多，产生的过滤效果越好。但是在制备时，一般都是通过静电纺丝，该方法需要特殊的仪器设备。

自组装材料是一类可简单制备的功能材料，在(光)催化剂，液晶材料，光学各向异性材料等展现出巨大的应用潜力。并且，此类材料的制备不需要复杂的设备，可低成本于大规模生产。不过，自组织材料用作过滤材料较少，且都是基于非生物可再生材料来制备的，已报道的用于PM过滤的自组装材料都是基于中性分子的石油化学产品，不具有生物基材料的环境友好等优点。

截至目前，还未有使用基于生物可再生的自组装材料用于PM过滤的报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种过滤细微颗粒物的复合材料、其制备方法及应用，该复合材料将生物可再生与自组装特性结合，兼具生物高分子材料的环境友好、离子基团多和自组装材料的易于制备的优点。

本发明采取的技术方案是：

一种过滤细微颗粒物的复合材料，由高分子基质材料和氨基酸酯盐离子纤维材料两部分按照1：0.4～10质量比组成。

进一步的，所述高分子基质材料选自三聚氰胺-甲醛泡沫、聚氨酯泡沫、尼龙无纺布、聚丙烯无纺布之一。

进一步的，所述氨基酸酯盐离子纤维材料选自苯丙氨酸甲酯盐酸盐、苯丙氨酸乙酯盐酸盐、苯丙氨酸苄酯盐酸盐、苯丙氨酸甲酯硝酸盐、苯丙氨酸乙酯硝酸盐、苯丙氨酸甲酯硫酸盐、苯丙氨酸乙酯硫酸盐、苯丙氨酸甲酯四氟硼酸盐、苯丙氨酸甲酯三氟甲磺酸盐、苯丙氨酸甲酯三氟乙酸盐、甘氨酸苄酯盐酸盐、丙氨酸苄酯盐酸盐、亮氨酸苄盐酸盐、亮氨酸甲酯盐酸盐、异亮氨酸苄盐酸盐、异亮氨酸甲酯盐酸盐中的一种或几种。

所述复合材料的制备方法：

(1)将粉末状的氨基酸酯盐加入到乙醇中，配制成50～300mg·mL^–1的乙醇溶液(即每毫升乙醇溶液中含有50～300mg氨基酸酯盐原料)；

(2)向所述乙醇溶液中加入高分子基质材料，再加入乙腈，在室温或冰水浴静置1～30min，待溶液形成白色凝胶后，进行干燥。

进一步的，加入的高分子基质材料为片状，厚度大于1mm。

进一步的，乙醇和乙腈(乙醇和乙腈均为溶剂，加入乙腈之前，为氨基酸酯盐的乙醇溶液，加入乙腈后，在混合溶剂中进行自组装，形成离子纤维)的体积比为：1:10～3:2。