一种高透明度的绿色纳米纤维膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高透明度的绿色纳米纤维膜及其制备方法。通过静电纺丝技术设计和制备了PVA/LS纳米纤维膜，用于有效的空气过滤。通过牺牲氢键与天然高分子LS分子的相互作用，提高了可生物降解PVA膜的性能。复合膜的拉伸强度为25.1mpa，断裂伸长率为394％，透光率大于80％，明显优于纯PVA纤维膜。此外，复合纤维膜可以实现高效过滤(99.44％)和低压降(24.5pa)，具有良好的PM2.5净化能力。有望成为一种有前途的空气净化材料，有助于避免空气过滤纤维膜对环境造成二次污染，适合复杂环境下的空气过滤需求。

【技术实现步骤摘要】
一种高透明度的绿色纳米纤维膜及其制备方法
本专利技术涉及空气过滤膜材料制备
，特别是涉及具有优异的力学性能和透明性的用于高效空气过滤的绿色纳米纤维膜及其制备方法。
技术介绍
近年来，空气污染已成为世界上最严重的环境问题之一，危害生态环境和人类健康。颗粒物(PM)由微小颗粒物和水滴组成，是大气污染的主要来源。特别是PM2.5(空气动力学当量直径小于或等于2.5μm的颗粒物)可直接进入人体支气管和肺泡，对人体健康造成较大危害。因此，对超细颗粒过滤膜的性能要求越来越高。常用的PM2.5过滤膜对“可吸入颗粒物”具有良好的过滤性能，但对超细颗粒物的过滤性能仍远无法令人满意。纳米纤维过滤膜，特别是采用静电纺丝技术制备的纳米纤维膜，具有比表面积高、结构可控、内部连通性好等优点，可以有效解决超细颗粒的过滤问题。目前，通过静电纺丝制备出聚丙烯腈(PAN)、聚环氧乙烯(PEO)、聚氨酯(PU)和聚酰亚胺(PI)等用于空气过滤的纳米纤维膜已成为研究的热点。虽然大多数电纺纤维膜对超细颗粒具有优良的过滤效果，但使用后会产生二次污染，限制了其实际应用。因此，制备完全可生物降解的电纺聚合物膜迫在眉睫。聚乙烯醇(PVA)纳米纤维作为一种具有良好生物相容性和生物降解性的高分子材料，已被应用于新一代绿色高效过滤器的开发中。然而，PVA纤维膜的力学性能和透光性相对较低，极大地限制了其应用范围。因此，设计和制造一种既能对颗粒物有较高的过滤性能，又具有良好的机械性能和透明性能的新型绿色滤料仍然是一个巨大的挑战。
技术实现思路
>本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种高透明度的绿色纳米纤维膜及其制备方法，有效提高纤维膜的性能，以适应复杂环境条件下的应用。为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：一种高透明度的绿色纳米纤维膜及其制备方法，包括如下步骤：步骤一：将聚乙烯醇(PVA)在超纯水中于65℃下搅拌溶解6h得到聚乙烯醇溶液。将木质素磺酸钠(LS)加入PVA溶液中形成均匀的PVA/LS静电纺丝溶液。其中，添加十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)以增强电纺溶液的电导率；步骤二：通过静电纺丝技术将步骤一中合成的PVA/LS纺丝溶液制备PVA/LS纳米纤维膜(PVA/LS膜)，然后将PVA/LS膜在60℃真空干燥1h除去残留溶剂得到一种高透明度的绿色纳米纤维膜；优选地，所述步骤三中静电纺纺丝条件为：电压15kV，纺丝液进料流速1.0mL/h，针头与飞轮接收器的距离为15cm。优选地，所述步骤二中加入2‰的CTAB，在60℃搅拌4h，以增强电纺溶液的电导率；附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：图1为对PVA膜以及PVA/LS的过滤性能试验。(a)不同流速下PVA/LS纳米纤维素在不同气体流速下的过滤性能；(b)纺丝时间对纯PVA膜以及PVA/LS膜质量因子QF的影响；(c)不同纺丝时间对纯PVA膜以及PVA/LS膜在24L/min流速下过滤性能的影响；(d)不同气流速度对PVA/LS膜两侧压降的影响图2为表面形貌及元素组成图。(a)原始PVA纳米纤维膜的SEM图像。(b)PVA/LS纤维膜的SEM图像。(c)空气过滤后PVA纳米纤维膜的SEM图像。(d)空气过滤后PVA/LS纳米纤维膜的SEM图像。图3为表征图。PVA/LS电纺纤维膜的EDS光谱图4为表征图。PVA/LS电纺纤维膜的TGA曲线。图5为本专利技术方法所制得的纯PVA和PVA/LS复合纤维膜的应力-应变曲线图6为纺丝时间为12.5分钟的PVA和PVA/LS纤维膜的紫外光透光率图7为纳米纤维膜实物图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合实施例对本专利技术的具体实施方式作出详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本专利技术至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例相互排斥的实施例。实施例1在干燥三口烧瓶(主要包括机械搅拌器、温度计)中添加1g的聚乙烯醇(PVA)和9mL超纯水，在65℃下搅拌6h得到PVA溶液。在PVA溶液中加入5wt％木质素磺酸钠(LS)粉末，搅拌1h得到PVA/LS溶液。在混合溶液中加入2wt‰的CTAB，在60℃搅拌4h，形成均匀的PVA/LS静电纺丝溶液；通过静电纺丝技术在15kV的高压静电场下纺丝，针尖到滚筒的距离约为10cm，收集器为转速可调的经过接地处理的飞轮，转速为1500rpm，针头推进速率为1.0mL/h。将得到的PVA/LS纤维膜在60℃真空干燥1h以除去残留溶剂；实施例2采用滤料综合性能测试仪(LZC-K1，江苏华达仪器设备有限公司)，对膜的过滤性能进行了测试。将纳米纤维膜(15×15cm2)置于试验台上进行过滤性能试验。气溶胶粒子由癸二酸二异辛酯(DEHS)和氯化钠(NaCl)组成。混合的NaCl和DEHS气溶胶颗粒通过压力泵自上而下穿过纳米纤维膜。过滤效率可通过检测上下游空气中的气溶胶粒子数来计算，其计算公式为η＝1-γ1/γ2，其中γ1和γ2分别代表上下游的气溶胶粒子数。用气体流量计和电子压力计测量膜上下两侧的压降。图2c和2d中的SEM图像显示了过滤后的PVA和PVA/LS纳米纤维膜的表面形态特征。结果表明，气溶胶粒子与纳米纤维之间存在着强烈的相互作用，导致过滤后的纳米纤维膜与粒子紧密结合。如图1a，对PVA/LS电纺膜测试不同气体流速下的过滤性能，同时测试了不同纺丝时间对24L/min流速下过滤性能的影响，结果如图1c所示，可见随着电纺时间的增加，电纺纤维膜的过滤效率迅速提高，最终达到了一个相对稳定的高值。空气阻力是过滤膜的重要指标之一，它可以通过测量过滤过程中纳米纤维膜两侧的压降(Δp)来表征。图1d显示，随着流速的增加，纳米纤维膜两侧的Δp增大。值得注意的是，当PVA/LS纤维膜的PM2.5过滤效率达到99％以上时，压降仅为24.5Pa，将去除效率和压降结合成一个参数，即质量因子(QF)，可以更好地评价过滤性能。QF值越高，说明空气滤清器综合性能越好。如图1b所示，由于LS的加入，PVA/LS膜的QF值远高于单独的PVA膜。特别是当纺丝时间为12.5min时，PVA/LS纤维膜的QF值为0.212，比PVA纤维膜的QF值高出约100％。结果表明，PVA/LS膜具有PM2.5去除本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高透明度的绿色纳米纤维膜及其制备方法，其特征在于：包括，/n将聚乙烯醇(PVA)在超纯水中搅拌溶解得到聚乙烯醇溶液。将木质素磺酸钠(LS)加入PVA溶液中形成均匀的PVA/LS静电纺丝溶液。/n通过静电纺丝技术将合成的PVA/LS纺丝溶液制备PVA/LS纳米纤维膜(PVA/LS膜)，然后将PVA/LS膜真空干燥除去残留溶剂得到一种高透明度的绿色纳米纤维膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种高透明度的绿色纳米纤维膜及其制备方法，其特征在于：包括，
将聚乙烯醇(PVA)在超纯水中搅拌溶解得到聚乙烯醇溶液。将木质素磺酸钠(LS)加入PVA溶液中形成均匀的PVA/LS静电纺丝溶液。
通过静电纺丝技术将合成的PVA/LS纺丝溶液制备PVA/LS纳米纤维膜(PVA/LS膜)，然后将PVA/LS膜真空干燥除去残留溶剂得到一种高透明度的绿色纳米纤维膜。


2.权利要求1所述的一种高透明度的绿色纳米纤维膜及其制备方法，其特征在于，将聚乙烯醇(PVA)在超纯水中于65℃下搅拌溶解6h得到聚乙烯醇溶液。将木质素磺酸钠(LS)加入PVA溶液中形成均匀的PVA/LS静电纺丝溶液。


3.权利要求1所述的高透明度的绿色纳米纤维膜及其制备方法，其特征在于，所述通过静电纺丝将PVA/LS纺丝溶液制成PVA/LS纳米纤维膜，包括，在静电纺丝前在PVA/LS中添加2wt‰的溴化十六烷基三甲铵(CTBA)增强溶液导电性，其中静电纺丝条件包括，在15kV的高压静电场中纺丝，注射器推进速度为1.0mL/h，纺丝间距15...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄超伯，陆涛，周阿影，崔佳欣，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32