一种高性能纳米除醛空气过滤骨架材料及其制备方法
文献发布时间：2023-06-19 16:04:54
技术领域
本发明涉及过滤材料技术领域，具体为一种高性能纳米除醛空气过滤骨架材料及其制备方法。
背景技术
常规滤料主要依靠布朗扩散、截留、惯性碰撞、重力沉降等物理机械阻挡作用来过滤空气中的微粒，因此对粒径较小的粒子过滤效果不理想。
空气品质与人体的健康有着密切的关系，甲醛是一种无色、具有刺激性且易溶于水的气体。其为较高毒性的物质，在我国有毒化学品优先控制名单上甲醛高居第二位。
基于此，本发明设计了一种高性能纳米除醛空气过滤骨架材料及其制备方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高性能纳米除醛空气过滤骨架材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高性能纳米除醛空气过滤骨架材料，依次包括夹碳无纺布、纳米材料层和骨架层；
所述纳米材料层依次包括低熔点纳米层、纳米纤维过滤层和低熔点纳米层；
所述纳米纤维过滤层为高分子纳米纺丝材料和纳米级光触媒/冷触媒/二氧化硅颗粒一种或者多种混合而成。
优选的，所述夹碳无纺布采用克重为150-300g/m2，所述夹碳无纺布中的石墨碳为粒状且颗粒尺寸为100-8000目，纳米颗粒1-100000纳米。
优选的，所述高分子纳米纺丝材料溶质为PA6/PAN/PVDF中的一种，纳米级光触媒/冷触媒/二氧化硅颗粒占总溶液质量0.5-2％，高分子纳米纺丝材料占总溶液质量6-15％。
优选的，所述高分子纳米纺丝材料溶质为PA6，其占总溶液质量6-15％，溶剂为甲酸和乙酸混合溶液，将溶质溶于甲酸：乙酸＝1：1组成的溶液中；
所述高分子纳米纺丝材料溶质为PAN或PVDF，其占总溶液质量6-15％，溶剂为四氢呋喃或二甲基甲酰胺溶剂。
优选的，所述低熔点纳米层溶质为PEO或EVA中的一种；所述PEO粉末分子量为10-100万，将粉末溶解到水中，制备成溶液溶度为5-15％的纳米纺丝混合溶液；
所述EVA粉末分子量为1-100万分子量，将粉末溶解到四氢呋喃或二甲基甲酰胺溶剂中，制备成溶液溶度为5-15％的纳米纺丝混合溶液。
所述的一种高性能纳米除醛空气过滤骨架材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、在夹碳无纺布上静电纺丝一层低熔点纳米层；
步骤二、在步骤一的低熔点纳米层上静电纺丝一层纳米纤维过滤层，纳米纤维过滤层采用的可纺丝溶液为高分子纳米纺丝材料和纳米级光触媒/冷触媒/二氧化硅颗粒一种或者多种混合而成；
步骤三、在纳米纤维过滤层上静电纺丝一层低熔点纳米层；
步骤四、将骨架层与步骤三的低熔点纳米层复合；
步骤五、上述复合材料进行热烘复合。
优选的，步骤一和步骤三的纺丝工艺为纺丝高度为12-20cm，纺丝正高电压：70-90KV，纺丝负高压为-20--5KV；纳米纺丝量0.01-0.05g/m2。
优选的，步骤二的纺丝工艺为纺丝高度为12-18cm，纺丝正高电压：70-90KV，纺丝负高压为-20--5KV；纳米纺丝量0.05-0.2g/m2。
优选的，静电纺丝车速为5-15m/min，步骤五置于温度为60-100度的烘箱进行热烘复合。
现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明能在保证制备超薄一次成型材料，既保证高效低阻过滤的同时，又赋予材料具备物理和化学除醛效率，避免夹碳无纺布吸收容易饱和，产生酸味问题。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
一种高性能纳米除醛空气过滤骨架材料，其特征在于：依次包括夹碳无纺布、纳米材料层和骨架层；
所述纳米材料层依次包括低熔点纳米层、纳米纤维过滤层和低熔点纳米层；
所述纳米纤维过滤层为高分子纳米纺丝材料和纳米级光触媒/冷触媒/二氧化硅颗粒一种或者多种混合而成。
进一步的，所述夹碳无纺布采用克重为150-300g/m2，所述夹碳无纺布中的石墨碳为粒状且颗粒尺寸为100-8000目，纳米颗粒1-100000纳米。
进一步的，所述高分子纳米纺丝材料溶质为PA6/PAN/PVDF中的一种，纳米级光触媒/冷触媒/二氧化硅颗粒占总溶液质量0.5-2％，高分子纳米纺丝材料占总溶液质量6-15％。
进一步的，所述高分子纳米纺丝材料溶质为PA6，其占总溶液质量6-15％，溶剂为甲酸和乙酸混合溶液，将溶质溶于甲酸：乙酸＝1：1组成的溶液中；
所述高分子纳米纺丝材料溶质为PAN或PVDF，其占总溶液质量6-15％，溶剂为四氢呋喃或二甲基甲酰胺溶剂。
进一步的，所述低熔点纳米层溶质为PEO或EVA中的一种；所述PEO粉末分子量为10-100万，将粉末溶解到水中，制备成溶液溶度为5-15％的纳米纺丝混合溶液；
所述EVA粉末分子量为1-100万分子量，将粉末溶解到四氢呋喃或二甲基甲酰胺溶剂中，制备成溶液溶度为5-15％的纳米纺丝混合溶液。
一种高性能纳米除醛空气过滤骨架材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、在夹碳无纺布上静电纺丝一层低熔点纳米层；
步骤二、在步骤一的低熔点纳米层上静电纺丝一层纳米纤维过滤层，纳米纤维过滤层采用的可纺丝溶液为高分子纳米纺丝材料和纳米级光触媒/冷触媒/二氧化硅颗粒一种或者多种混合而成；
步骤三、在纳米纤维过滤层上静电纺丝一层低熔点纳米层；
步骤四、将骨架层与步骤三的低熔点纳米层复合；
步骤五、上述复合材料进行热烘复合。
进一步的，步骤一和步骤三的纺丝工艺为纺丝高度为12-20cm，纺丝正高电压：70-90KV，纺丝负高压为-20--5KV；纳米纺丝量0.01-0.05g/m2。
进一步的，步骤二的纺丝工艺为纺丝高度为12-18cm，纺丝正高电压：70-90KV，纺丝负高压为-20--5KV；纳米纺丝量0.05-0.2g/m2。
进一步的，静电纺丝车速为5-15m/min，步骤五置于温度为60-100度的烘箱进行热烘复合。
本发明的一个实施例：
迎风向的第一层为夹碳无纺布，第二层为纳米材料层，第三层为低克重高强度骨架层；
纳米材料层依次包括低熔点纳米层、纳米纤维过滤层和低熔点纳米层。
夹碳无纺布克重150-300g/m2，夹碳无纺布中的石墨碳为粒状且颗粒尺寸为100-8000目，纳米颗粒1-100000纳米；骨架层采用骨架无纺布。
PEO/EVA其中一种低熔点纳米层+PA6/PAN/PVDF其中一种材料+纳米级光触媒/冷触媒/二氧化硅颗粒一种或者多种颗粒混合溶液纺成纳米材料层；
低熔点材料，熔点60-80度，低熔点纳米层溶质采用PEO/EVA中的一种。PEO粉末分子量为10-100万，将粉末溶解到水中，制备成溶液溶度为5-15％的纳米纺丝混合溶液；EVA粉末分子量为1-100万分子量，将粉末溶解到四氢呋喃或二甲基甲酰胺溶剂中，制备成溶液溶度为5-15％的纳米纺丝混合溶液。纺丝工艺为纺丝高度为12-20cm，纺丝正高电压：70-90KV，纺丝负高压为-20--5KV，纳米纺丝量0.01-0.05g/m2。
纳米纤维过滤层溶质采用PA6/PAN/PVDF其中一种材料+纳米级光触媒颗粒或纳米级冷触媒颗粒或纳米级二氧化硅颗粒其中其中一种或两种以上混合而成。
溶质PA6溶于甲酸：乙酸＝1：1组成的混合溶剂，制备成溶度为6-15％，纳米级电气石添加至上述纺丝溶液，添加量0.5-2％。纺丝工艺为纺丝高度为12-18cm，纺丝正高电压：70-90KV，纺丝负高压为-20--5KV，纳米纺丝量0.05-0.2g/m2。
溶质PAN溶于二甲基甲酰胺的溶剂，制备成溶度为6-15％，纳米级电气石添加至上述纺丝溶液，添加量0.5-2％。纺丝工艺为纺丝高度为10-15cm，纺丝正高电压：70-90KV，纺丝负高压为-20--5KV，纳米纺丝量0.05-0.2g/m2。
溶质PVDF溶于二甲基甲酰胺的溶剂，制备成溶度为8-15％，纳米级电气石添加至上述纺丝溶液，添加量0.5-2％。纺丝工艺为纺丝高度为10-15cm，纺丝正高电压：70-90KV，纺丝负高压为-20--5KV，纳米纺丝量0.05-0.2g/m2。
在夹碳无纺布上先静电纺丝第一层低熔点纳米层，采用静电纺丝工艺使其以纳米级别细度包覆在夹碳无纺布的夹碳层上；采用静电纺丝工艺在第一层的低熔点纳米层上，静电纺丝第二层，第二层为一层功能性纳米纤维过滤层，之后在静电纺丝第三层低熔点纳米层；最后复合骨架无纺布。将上述复合材料置于60-100度的烘箱进行热烘复合，其中静电纺丝车速为5-15m/min。
PEO/EVA等低熔点材料以静电纺丝出细丝，有利于碳颗粒与纳米纤维丝充分结合，且提高结合力。同时克服传统涂胶，喷胶方式导致胶与碳颗粒包覆过多，导致碳纤维吸附能力下降。
通过将纳米级光触媒/冷触媒/二氧化硅颗粒一种或者多种颗粒材料加入可纺丝溶液中，纳米级光触媒/冷触媒/二氧化硅颗粒一种或者多种颗粒材料达到足够细度，与碳颗粒充分接触，同时纺丝溶液在表面形成一层薄膜。既提供过滤效率，同时增加纳米级光触媒/冷触媒/二氧化硅颗粒一种或者多种颗粒与甲醛气体接触，使其充分分解甲醛，减少传统夹碳无纺布容易吸收饱和，存在酸味情况。
采用以上实施例的实验结果：过滤效率达到H13，0.3um颗粒过滤率99.98％，阻力70-100Pa，除醛率85％/h。
实施例1：
纳米材料层依次包括低熔点纳米层、纳米纤维过滤层和低熔点纳米层。
1：夹碳无纺布克重250g/m2，夹碳无纺布中的石墨碳为粒状且颗粒尺寸为5000目，；骨架层采用50g/m2骨架无纺布。
2：PEO低熔点纳米层+PA6+纳米级二氧化硅颗粒溶液纺成纳米材料层；
PEO粉末分子量为12万，将粉末溶解到水中，制备成溶液溶度为8％的纳米纺丝混合溶液纺丝工艺为纺丝高度为15m，纺丝正高电压：80KV，纺丝负高压为-8KV，纳米纺丝量0.02g/m2。
纳米纤维过滤层溶质采用PA6+纳米级二氧化硅颗粒混合而成。
溶质PA6溶于甲酸：乙酸＝1：1组成的混合溶剂，制备成溶度为12％，纳米级二氧化硅颗粒添加至上述纺丝溶液，添加量1％。纺丝工艺为纺丝高度为12cm，纺丝正高电压：90KV，纺丝负高压为-5KV，纳米纺丝量0.15g/m2。
在夹碳无纺布上先静电纺丝第一层低熔点纳米层，采用静电纺丝工艺使其以纳米级别细度包覆在夹碳无纺布的夹碳层上；采用静电纺丝工艺在第一层的低熔点纳米层上，静电纺丝第二层，第二层为一层功能性纳米纤维过滤层，之后在静电纺丝第三层低熔点纳米层；最后复合骨架无纺布。将上述复合材料置于80度的烘箱进行热烘复合，其中静电纺丝车速为8m/min。
PEO等低熔点材料以静电纺丝出细丝，有利于碳颗粒与纳米纤维丝充分结合，且提高结合力。同时克服传统涂胶，喷胶方式导致胶与碳颗粒包覆过多，导致碳纤维吸附能力下降。
通过将纳米级光触媒/冷触媒/二氧化硅颗粒一种或者多种颗粒材料等材料加入可纺丝溶液中，纳米级光触媒/冷触媒/二氧化硅颗粒一种或者多种颗粒材料达到足够细度，与碳颗粒充分接触，同时纺丝溶液在表面形成一层薄膜。既提供过滤效率，同时增加光触媒与甲醛气体接触，使其充分分解甲醛，减少传统夹碳无纺布容易吸收饱和，存在酸味情况。
采用以上实施例的实验结果：过滤效率达到H13，0.3um颗粒过滤率99.98％，阻力90Pa，除醛率85％/h。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。