[发明专利]一种基于纳米杂化体改性聚乳酸纤维的空气过滤膜及其制备方法

权利要求书

1.一种基于纳米杂化体改性聚乳酸纤维的空气过滤膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1.制备碳纳米管分散液：将碳纳米管（CNTs）与分散剂在水中均匀分散后，通过液相循环高剪切研磨，制备CNTs分散液；

步骤S2.微波辅助制备CNT@ZIF-8纳米杂化体：将S1所得CNTs分散液、2-甲基咪唑、锌盐加入水中，混合均匀后，置于微波反应釜中进行原位合成，在搅拌状态下，反应结束后冷却至室温，静置8-24h，干燥后得到CNT@ZIF-8纳米杂化体；

步骤S3.同轴静电纺丝技术制备高效空气过滤膜：将S2所得CNT@ZIF-8纳米杂化体在溶剂中分散作为外相纺丝液，同时将聚乳酸在溶剂中溶解作为内相纺丝液，最后通过同轴静电纺丝技术，获得CNT@ZIF-8纳米杂化体均匀嵌入聚乳酸纤维的空气过滤膜。

2.根据权利要求1所述的基于纳米杂化体改性聚乳酸纤维的空气过滤膜的制备方法，其特征在于：所述S1步骤中所用碳纳米管（CNTs）的平均直径10-50nm，长径比1:100-1:1000，所述碳纳米管（CNTs）在水分散液中质量浓度为0.1‒5wt%。

3.根据权利要求1所述的基于纳米杂化体改性聚乳酸纤维的空气过滤膜的制备方法，其特征在于：所述S1步骤中所使用的分散剂为胆酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、牛磺脱氧脱酸钠、十二烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠、十六烷基苯磺酸钠中的至少一种，碳纳米管（CNTs）与分散剂的质量比为1:100‒1:10。

4.根据权利要求1所述的基于纳米杂化体改性聚乳酸纤维的空气过滤膜的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中溶液分散设备为间歇式高剪切分散乳化机、管线式高剪切分散乳化机、行星搅拌机、机械搅拌机、磁力搅拌机、超声破碎仪、超声分散机、纳米研磨机、行星球磨机中的至少一种，溶液分散过程的单位体积能耗为0.5‒10kWh/L；所述S1步骤中提供液相循环高剪切研磨的设备为棒销式砂磨机、涡轮式砂磨机、圆盘式砂磨机和立式砂磨机中的至少一种，液相研磨过程的单位质量能耗为0.1‒20kWh/kg。

5.根据权利要求1所述的基于纳米杂化体改性聚乳酸纤维的空气过滤膜的制备方法，其特征在于：所述S2步骤中使用的水溶性锌盐为硝酸锌、乙酸锌、硫酸锌、氯化锌中的至少一种，2-甲基咪唑与水溶性锌盐质量比为5:1‒10:1，碳纳米管（CNTs）与水溶性锌盐的质量比为1:20‒1:100。

6.根据权利要求1所述的基于纳米杂化体改性聚乳酸纤维的空气过滤膜的制备方法，其特征在于：所述S2步骤中所使用的微波反应釜输出功率为200‒1000W，搅拌速度0‒550rpm，反应温度为100‒180℃，反应时间为1‒60min。

7.根据权利要求1所述的基于纳米杂化体改性聚乳酸纤维的空气过滤膜的制备方法，其特征在于：所述S2步骤中所使用的干燥方法为常压干燥、减压干燥、喷雾干燥、冷冻干燥、真空干燥、微波干燥中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的基于纳米杂化体改性聚乳酸纤维的空气过滤膜的制备方法，其特征在于：所述S3步骤中的外相纺丝液中溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、六氟异丙醇、甲醇、乙醇、异丙醇、丙三醇中的至少一种，CNT@ZIF-8纳米杂化体在纺丝液中质量分数为0.1‒2wt%，S3步骤中的内相纺丝液中溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、六氟异丙醇、甲醇、乙醇、异丙醇、丙三醇中的至少一种，聚乳酸的质量分数为0.5‒10wt%。

9.根据权利要求1所述的基于纳米杂化体改性聚乳酸纤维的空气过滤膜的制备方法，其特征在于：所述S3步骤中同轴静电纺丝电压为10‒65KV，外相纺丝溶液消耗速率为0.2‒1.5mL/h，内相纺丝溶液消耗速率为0.8‒3.0mL/h，CNT@ZIF-8纳米杂化体与聚乳酸的质量比为1:5‒1:15，接收距离为12‒30cm，所得的空气过滤纤维平均直径为10‒240nm，纤维膜厚度为50‒300μm。

10.一种基于纳米杂化体改性聚乳酸纤维的空气过滤膜，其特征在于：包括权利要求1-9任一项所述的制备方法制备的空气过滤膜。