[发明专利]间位芳纶/聚砜酰胺纳米复合空气过滤膜及其制备方法

说明书

本发明提供了一种间位芳纶/聚砜酰胺纳米复合空气过滤膜及其制备方法，该制备方法包括如下步骤：使用N,N‑二甲基乙酰胺/氯化锂混合溶剂体系对间位芳纶溶液进行稀释，机械搅拌得到稀释后的间位芳纶溶液，并进行超声消泡处理；将消泡处理后的间位芳纶溶液和聚砜酰胺溶液进行机械搅拌混合，得到混合液，并进行超声消泡处理；将消泡处理后的混合液使用静电纺丝技术工艺即可得到；本发明的制备方法步骤简单，可操作性强，生产成本相对较低，安全性较高；本发明的MPIA/PSA纳米复合空气滤膜在高温处理后，其尺寸稳定性能好，强度未发生损失，过滤效率高，过滤阻力低，耐化学腐蚀性好，能在高温条件下保持性能的长期稳定，使用寿命长。

技术领域

本发明属于高温工业废气过滤膜技术领域，具体涉及一种间位芳纶/聚砜酰胺纳米复合空气过滤膜及其制备方法。

背景技术

随着工业发展节奏的日益加快，钢铁、水泥、冶金、垃圾焚烧和汽车等领域的工业废气的大量排放被认为是导致全球空气污染的主要原因。在不同粒径的颗粒物(PM)中，粒径小于或等于2.5μm的颗粒称为PM2.5，普遍存在于上述工业废气中。PM2.5通常携带大量有毒物质，如重金属、二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物和无机化合物等，严重危害动植物的健康生存。传统的高温滤袋主要为非织造布，其纤维尺寸在微米级范围，对尺寸大的微米级颗粒具有良好的过滤效果，而对PM2.5的微小颗粒拦截效率不高。静电纺丝作为一种高效且通用的纳米和亚微米纤维制备技术，受到了国内外学者的广泛关注。静电纺丝纳米纤维具有比表面积高、孔径小、孔隙率高和孔径分布均匀等特点，有利于提高微纳米颗粒物的表面拦截效率和过滤精度，在空气过滤应用方面具有明显的优势。

由于芳纶1313(MPIA)是由肽胺基团连接间位苯基所构成的线型大分子，间位连接的苯环共价键没有共轭效应，其内旋转位能相对较低，这使得MPIA在热稳定性能上还存在一定的不足，特别是在高温条件下，容易发生尺寸收缩，将严重影响滤膜的使用寿命。其次，MPIA酰胺基上的氮原子电负性较强，对酸的敏感性比对碱更强烈，容易受到酸溶液中大量H⁺的进攻而发生水解，使其强力下降。聚砜酰胺(PSA)是我国自主开发一种芳香族聚酰胺有机耐高温合成材料，高分子链上含有砜基(-SO₂^-)，热收缩小，耐酸性大于耐碱性，且能长期在250℃下进行使用，具有良好的热稳定性能和阻燃性能，PSA纤维摩擦系数小，加工成滤袋易清灰。

发明内容

为克服现有技术的上述缺陷，本发明的首要目的在于提供一种基于静电纺丝技术的耐高温间位芳纶(MPIA)/聚砜酰胺(PSA)纳米复合空气过滤膜。MPIA具有高强高模、耐碱、耐高温、质轻等诸多优点，但在高温下，其尺寸稳定性、力学稳定性较差。PSA具有优异的耐高温性、热稳定性、抗老化性，在抗酸性能上比MPIA优异。因此将两者复合可以在性能上制备出优势互补的复合滤膜。

本发明的第二个目的是提供间位芳纶/聚砜酰胺纳米复合空气过滤膜。

为达到上述目的，本发明的解决方案是：

一种间位芳纶/聚砜酰胺纳米复合空气过滤膜的制备方法，其包括如下步骤：

(1)、使用N,N-二甲基乙酰胺/氯化锂(DMAc/LiCl)混合溶剂体系对间位芳纶(MPIA)溶液进行稀释，机械搅拌得到稀释后的间位芳纶(MPIA)溶液，并进行超声消泡处理；

(2)、将消泡处理后的间位芳纶(MPIA)溶液和聚砜酰胺(PSA)溶液进行机械搅拌混合，得到混合液，并进行超声消泡处理；

(3)、将消泡处理后的混合液使用静电纺丝技术工艺得到间位芳纶/聚砜酰胺(MPIA/PSA)纳米复合空气过滤膜。

进一步地，步骤(1)中，N,N-二甲基乙酰胺/氯化锂混合溶剂体系中N,N-二甲基乙酰胺和氯化锂的质量比为0.03:1-0.08:1，N,N-二甲基乙酰胺/氯化锂混合溶剂体系的搅拌时间为1-2h。