一种空气过滤用细菌纤维素纳米纤维复合膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种空气过滤用细菌纤维素纳米纤维复合膜及其制备方法。所述制备方法为：将细菌纤维素膜机械解离并分散于不溶性溶剂中，通过加入分散剂形成稳定的细菌纤维素纳米纤维悬浮液；采用同步超声过滤方法将细菌纤维素纳米纤维悬浮液铺在多孔纤维基材表面形成湿态复合纤维膜；脱除湿态复合纤维膜中的残留溶剂获得未改性的复合纤维膜；对未改性的复合纤维膜进行表面疏水改性处理获得表面具有完全覆盖的连续二维网状结构的空气过滤用细菌纤维素纳米纤维复合膜。所述复合膜的表面为细菌纤维素纳米纤维所形成的完全覆盖的连续二维网状结构。本发明专利技术可在低阻力压降下通过物理拦截作用实现对空气中固体颗粒物的有效过滤，且具有稳定的过滤性能。

A bacterial cellulose nanofiber composite membrane for air filtration and its preparation method

The invention discloses a bacterial cellulose nanofiber composite film for air filtration and a preparation method. The preparation method is as follows: the bacterial cellulose membrane mechanical dissociation and dispersed in the insoluble solvent, adding dispersant to form a stable bacterial cellulose nanofiber suspension; using synchronous ultrasound filtering method for bacterial cellulose nanofiber suspension on the surface of Pu porous fiber base material to form wet composite fiber membrane; residual solvent the removal of the wet composite fiber membrane in the composite fiber membranes unmodified; the composite fiber membrane unmodified surface hydrophobic modification surface with continuous 2D mesh structure completely covered air filtration with bacterial cellulose nanofiber composite film. The surface of the composite membrane is a fully covered 2-D network structure formed by bacterial cellulose nanofibers. The invention can effectively filter the solid particles in the air under the low resistance pressure drop by the physical intercepting effect, and has a stable filtering performance.

【技术实现步骤摘要】
一种空气过滤用细菌纤维素纳米纤维复合膜及其制备方法
本专利技术涉及一种空气过滤用细菌纤维素纳米纤维复合膜及其制备方法，属于纳米纤维复合膜材料

技术介绍
当前严重的雾霾污染对人们的生产、生活和身体健康造成了极大威胁，因此对其进行有效防护已成为当前急需解决的问题。空气过滤材料因可有效应对雾霾污染所造成的各种危害而成为当前空气过滤领域研究的一大热点。目前常用空气过滤材料多为驻极纤维材料，相关专利有《一种熔喷聚丙烯驻极体过滤材料的制备方法》(CN101905101A)、《一种静电驻极空气过滤材料》(CN205055621U)以及《一种静电纺纳米纤维驻极过滤材料及其制备方法》(CN104289042A)，其通过赋予纤维驻极性能从而提高材料的空气过滤性能，但驻极电荷易受环境影响而衰减耗散，且纤维直径粗、孔径大导致驻极失效后材料过滤性下降。因此开发基于物理拦截作用的小孔径纤维空气滤膜是解决上述问题的关键。专利《纳米蛛网/纳米纤维复合型防护材料的制备方法》(CN101564914)以及文献[Tunablefabricationofthree-dimensionalpolyamide-66nano-fiber/netsforhighefficiencyfineparticulatefiltration[J].JournalofMaterialsChemistry，2012，22(4)：1445-1452]和[Ultra-light3Dnanofibre-netsbinarystructurednylon6-polyacrylonitrilemembraneforefficientfiltrationoffineparticulatematter[J].JournalofMaterialsChemistryA，2015，3，23946-23954]公开和报到了一种小孔径纳米蛛网空气滤膜的制备方法，该滤膜可通过物理筛分作用有效拦截空气中的固体颗粒物，具有长效稳定的空气过滤性能，但由于蛛网覆盖面积有限，难以得到结构连续的二维网状材料，因此仅能依靠蛛网层层紧密堆积来减小纤维膜孔径，这使得蛛网空气滤膜的孔隙率降低导致其阻力压降过大。因此亟需一种可有效制备兼具完全覆盖的连续二维网状结构和高孔隙率的小孔径纤维空气滤膜的方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是：提供一种空气过滤用细菌纤维素纳米纤维复合膜及其制备方法。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种空气过滤用细菌纤维素纳米纤维复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤：步骤1)：将细菌纤维素膜机械解离并分散于不溶性溶剂中，通过加入分散剂形成稳定的细菌纤维素纳米纤维悬浮液；步骤2)：采用同步超声过滤方法将步骤1)制得的细菌纤维素纳米纤维悬浮液铺在多孔纤维基材表面形成湿态复合纤维膜；步骤3)：脱除步骤2)制得的湿态复合纤维膜中的残留溶剂获得未改性的复合纤维膜；步骤4)：对步骤3)制得的未改性的复合纤维膜进行表面疏水改性处理获得表面具有完全覆盖的连续二维网状结构的空气过滤用细菌纤维素纳米纤维复合膜。优选地，所述步骤1)中机械解离为高速搅拌解离、超声解离、高压均质解离、高速研磨解离和冷冻研磨解离中的任意一种或几种的组合。优选地，所述步骤1)中不溶性溶剂采用水、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、叔丁醇、丙酮、丁酮中的任意一种或几种。优选地，所述步骤1)中分散剂采用烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、脂肪酸甲酯乙氧基化物、聚氧乙烯胺、聚氧乙烯酰胺、硬脂酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、六偏磷酸钠、聚硅酸钠、焦磷酸钾、无水碳酸钠、硫代碳酸钠和硼酸钠中的任意一种或几种。优选地，所述的细菌纤维素纳米纤维悬浮液中细菌纤维素纳米纤维平均长度为1～300μm，平均直径为10～100nm，纤维质量百分比为0.0005～1wt％。优选地，所述步骤2)中同步超声过滤方法具体为：在过滤的同时采用超声波处理细菌纤维素纳米纤维悬浮液，超声波输出功率为100～1500W，过滤时施加的压力为正压力或负压力，施加的压力范围为0.5～50kPa。优选地，所述步骤2)中多孔纤维基材采用静电纺纤维膜、非织造布、纤维素滤纸、机织物、针织物中的任意一种或几种的组合。优选地，所述多孔纤维基材的孔径为1～300μm。优选地，所述步骤3)中脱除的具体方法为：真空干燥、鼓风干燥、超临界干燥、冷冻干燥、微波干燥和红外干燥中的任意一种。优选地，所述步骤4)中表面疏水改性处理为溶液浸渍疏水改性处理、接枝疏水改性处理、物理气相沉积疏水改性处理、化学气相沉积疏水改性处理、低温等离子体疏水改性处理和辐照疏水改性处理中的任意一种。本专利技术还提供了一种采用上述空气过滤用细菌纤维素纳米纤维复合膜的制备方法制备的复合膜，其特征在于，所述复合膜的表面为细菌纤维素纳米纤维所形成的完全覆盖的连续二维网状结构，网孔平均孔径为0.1～2μm，复合膜孔隙率为70～98％，该复合膜对粒径为0.3～10μm颗粒的过滤效率≥90％，阻力压降为10～120Pa。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：不同于驻极纤维空气滤膜，本专利技术所制备的复合膜是利用纤维网孔的物理筛分作用来拦截空气中的固体颗粒，因此可避免驻极电荷耗散所导致的材料过滤性能下降的问题。本专利技术有别于纳米蛛网空气过滤材料，首次采用机械解离的细菌纤维素纳米纤维悬浮液经同步超声过滤和疏水改性处理制备空气过滤用细菌纤维素纳米纤维复合膜，可有效避免纳米蛛网层层紧密堆积引起纤维膜孔隙率低进而导致空气阻力压降大的问题。本专利技术所制备的空气过滤用细菌纤维素纳米纤维复合膜同时兼具表面完全覆盖的连续二维网状结构和较高的孔隙率，因此可在低阻力压降下通过物理拦截作用实现对空气中固体颗粒物的有效过滤，且具有稳定的过滤性能，在个体防护、环境治理以及医药卫生等领域具有广阔的应用前景。附图说明图1为同步超声过滤装置的示意图；图2为实施例4制得的空气过滤用细菌纤维素纳米纤维复合膜的电镜照片；图中：a为细菌纤维素纳米纤维；b为多孔纤维接收基材。具体实施方式为使本专利技术更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。实施例1-15中所采用的同步超声过滤装置如图1所示，在过滤装置4上放置多孔纤维接收基材3，多孔纤维接收基材3上面为细菌纤维素纳米纤维悬浮液1，细菌纤维素纳米纤维悬浮液1周围为超声系统2。实施例1一种空气过滤用细菌纤维素纳米纤维复合膜的制备方法：步骤1：采用高速搅拌解离的方法将细菌纤维素膜机械解离成平均长度为300μm，平均直径为100nm的细菌纤维素纳米纤维并分散在水中，通过加入分散剂烷基酚聚氧乙烯醚形成稳定的细菌纤维素纳米纤维悬浮液；所述悬浮液中细菌纤维素纳米纤维的质量百分比为0.05wt％；步骤2：采用同步超声过滤(如图1所示)方法将上述细菌纤维素纳米纤维悬浮液铺在孔径为300μm的纤维素滤纸表面形成湿态复合纤维膜；所述同步超声过滤过程中所使用的超声输出功率为1000W，过滤时施加的压力为正压力，压力大小为40kPa；步骤3：采用80℃真空干燥30min脱除所述湿态复合纤维膜中的残留水，获得未改性的复合纤维膜；步骤4：对上述未改性的复合纤维膜进行溶液浸渍疏水改性处理，获得表面具有完全覆盖的连续二维网状结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空气过滤用细菌纤维素纳米纤维复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤：步骤1)：将细菌纤维素膜机械解离并分散于不溶性溶剂中，通过加入分散剂形成稳定的细菌纤维素纳米纤维悬浮液；步骤2)：采用同步超声过滤方法将步骤1)制得的细菌纤维素纳米纤维悬浮液铺在多孔纤维基材表面形成湿态复合纤维膜；步骤3)：脱除步骤2)制得的湿态复合纤维膜中的残留溶剂获得未改性的复合纤维膜；步骤4)：对步骤3)制得的未改性的复合纤维膜进行表面疏水改性处理获得表面具有完全覆盖的连续二维网状结构的空气过滤用细菌纤维素纳米纤维复合膜。

【技术特征摘要】
1.一种空气过滤用细菌纤维素纳米纤维复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤：步骤1)：将细菌纤维素膜机械解离并分散于不溶性溶剂中，通过加入分散剂形成稳定的细菌纤维素纳米纤维悬浮液；步骤2)：采用同步超声过滤方法将步骤1)制得的细菌纤维素纳米纤维悬浮液铺在多孔纤维基材表面形成湿态复合纤维膜；步骤3)：脱除步骤2)制得的湿态复合纤维膜中的残留溶剂获得未改性的复合纤维膜；步骤4)：对步骤3)制得的未改性的复合纤维膜进行表面疏水改性处理获得表面具有完全覆盖的连续二维网状结构的空气过滤用细菌纤维素纳米纤维复合膜。2.如权利要求1所述的空气过滤用细菌纤维素纳米纤维复合膜的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中机械解离为高速搅拌解离、超声解离、高压均质解离、高速研磨解离和冷冻研磨解离中的任意一种或几种的组合。3.如权利要求1所述的空气过滤用细菌纤维素纳米纤维复合膜的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中不溶性溶剂采用水、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、叔丁醇、丙酮、丁酮中的任意一种或几种。4.如权利要求1所述的空气过滤用细菌纤维素纳米纤维复合膜的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中分散剂采用烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、脂肪酸甲酯乙氧基化物、聚氧乙烯胺、聚氧乙烯酰胺、硬脂酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、六偏磷酸钠、聚硅酸钠、焦磷酸钾、无水碳酸钠、硫代碳酸钠和硼酸钠中的任意一种或几种。5.如权利要求1所述的空气过滤用细菌纤维素纳米纤维复合膜的制备方法，其特征在于，所述的细菌纤维素纳米纤维悬浮液中细菌纤维素纳米纤维平均长度为1～300μm，平均直径为10～100nm，...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁彬，张世超，唐宁，刘丽芳，印霞，俞建勇，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海,31