一种抗菌防病毒的空气过滤材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种抗菌防病毒的空气过滤材料，该空气过滤材料具有纳米纤维支撑骨架和精细过滤网络。纳米纤维支撑骨架通过静电纺丝制备得到，不仅起到支撑作用而且还具有光催化灭杀拦截病毒细菌、拦截大颗粒物的作用；精细过滤网络主要通过喷涂抗菌修饰的超细纳米纤维得到，具有小孔道结构，可实现病毒和细菌的拦截杀灭，静电纺丝和喷涂过程同时进行，制备得到具有纳米纤维支撑骨架复合精细过滤网络层层堆叠的结构的抗菌防病毒的空气过滤材料。该抗菌防病毒的空气过滤材料的制备方法简单、便于大规模生产，具有良好的透气性，可以在较低的空气阻力下保持优异的抗菌防病毒性能，还可依靠自然光加强对细菌病毒的灭杀。可依靠自然光加强对细菌病毒的灭杀。可依靠自然光加强对细菌病毒的灭杀。

【技术实现步骤摘要】
一种抗菌防病毒的空气过滤材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及空气净化材料领域，尤其涉及一种抗菌防病毒的空气过滤材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]现有呼吸防护用品存在纤维直经较大、纤维之间的孔径大、防护和抗菌作用差的弊病，研究可高效拦截病毒和截杀细菌的空气过滤材料对人们的自我防护具有重大意义，纳米纤维空气过滤材料以其较低空气阻力和较佳的PM2.5截留效果，有望进一步被开发为新型抗菌防病毒的空气过滤材料。
[0003]普通一维纳米纤维(>200nm)和超细纳米纤维(<20nm)相互叠加的具有二维网结构的空气过滤材料具有纤维直径小、比表面积大、孔径小以及孔隙率高等优点，可以有效阻止有害颗粒的入侵，同时保持较高的透气性，但是传统制造方法难以制备上述空气过滤材料，且工艺重现性较差。同时，如何使得上述空气过滤材料兼具超细病毒颗粒的高效拦截和细菌的截杀功能，以及优良透气性是焏需攻克的难题。
[0004]公开号为CN101564914B的中国专利文献中公开了一种纳米蛛网/纳米纤维复合型防护材料的制备方法，首先配制纺丝液，再进行静电纺丝得到具有纳米蛛网复合纳米纤维结构的防护材料。其中，纳米蛛网的平均直径在15nm左右，孔径为10
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80nm，可以对甲型H1N1流感、禽流感、马流感、非典型性肺炎病原体等直径在80
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120nm的病毒进行有效的防护。但是该防护材料的制备需要依赖特定的超细纳米蛛网/纳米纤维静电纺制造装置来完成，对纺丝设备与参数要求高。
[0005]公开号为CN108004682B的中国专利文献中公开了一种静电纺丝制备荷正电杂化纤维膜的方法，步骤为：制备陶瓷前驱体溶胶凝胶，真空冷冻干燥、煅烧后制得无机荷正电陶瓷颗粒；然后将无机荷正电陶瓷颗粒加入到聚合物溶液中，得到纺丝液；静电纺丝制得有机
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无机杂化纤维；最后对有机
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无机杂化纤维进行改性处理，即得到荷正电杂化纤维膜。该荷正电杂化纤维膜热稳定性好、比表面积大且荷正电性能优异，有望应用于吸附病毒，但是该专利技术中并未有相应数据直接表明所述荷正电杂化纤维膜的吸附阻隔病毒性能优异。
[0006]公开号为CN113026428A的中国专利文献中公开了用于空气过滤器的静电纺纳米空气过滤纸及其制备方法，该静电纺纳米空气过滤纸由聚乙烯醇层与空气过滤纸复合而成；聚乙烯醇层为聚乙烯醇溶液通过静电纺丝沉积于空气过滤纸上制得。该静电纺纳米空气过滤纸对直径≥0.5μm的颗粒物过滤效率≥99.95％，但是并不具备抗菌和阻隔病毒的能力。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供了一种抗菌防病毒的空气过滤材料，制备方法简单，便于大规模生产，且该空气过滤材料具有良好的透气性，可以在较低的空气阻力下保持优异的抗菌防病毒性能，还可依靠自然光加强对细菌病毒的灭杀。
[0008]具体采用的技术方案如下：
[0009]一种抗菌防病毒的空气过滤材料的制备方法，包括以下步骤：
[0010](1)将偶极性强的高分子材料溶解在有机溶剂A中，添加纳米二氧化钛，分散均匀后得到纺丝液；
[0011](2)将超细纳米纤维浸泡在多巴胺缓冲液中得到多巴胺修饰的超细纳米纤维，再将多巴胺修饰的超细纳米纤维进行抗菌修饰得到抗菌超细纳米纤维，并将抗菌超细纳米纤维分散在有机溶剂B中，得到喷涂液；
[0012](3)将纺丝液通过静电纺丝技术纺至收集器上，得到纳米纤维支撑骨架，同时将喷涂液喷涂至纳米纤维支撑骨架上，得到抗菌防病毒的空气过滤材料。
[0013]纳米纤维空气过滤材料的物化结构是影响其抗菌防病毒性能的主要因素，本专利技术利用静电纺丝技术构筑大孔道纳米纤维支撑骨架，再喷涂超细纳米纤维构筑小孔道的精细过滤网络，静电纺丝
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喷涂过程同时进行得到复合有纳米纤维支撑骨架和精细过滤网络的抗菌防病毒的空气过滤材料，可以实现病毒和细菌的高效拦截，此外，纳米二氧化钛在纳米纤维支撑材料中的引入和超细纳米纤维的抗菌修饰均可以增强该空气过滤材料的抗菌防病毒作用。
[0014]偶极
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偶极作用是拦截病毒细菌的一个主要作用。因此，偶极矩大的高分子材料对病毒细菌及颗粒物的去除效果更好。
[0015]优选的，所述的偶极性强的高分子材料包括聚丙烯腈(PAN)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)中的至少一种，偶极矩为1.2～3.6D，质量浓度为10～30wt％，重均分子量为50,000～350,000。
[0016]优选的，有机溶剂A包括N
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甲基吡咯烷酮、N,N
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二甲基甲酰胺、丙酮中的至少一种。
[0017]优选的，所述的纳米二氧化钛为具有光催化氧化灭杀病毒细菌功能的锐钛矿型纳米二氧化钛；质量浓度为1
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5wt％。
[0018]本专利技术利用超细纳米纤维构筑透气性好的精细过滤网络，用以实现病毒细菌的高效拦截与细菌的有效灭杀。超细纳米纤维的长径比是一个重要参数，具有较高长径比的超细纳米纤维容易附着在纳米纤维支撑骨架上，不易随空气流动而脱落。
[0019]纳米纤维的长径比是指纳米纤维的长度与直径的比值，优选的，所述的超细纳米纤维的直径为10～50nm，长径比为100～1000；包括纤维素纳米纤维、细菌纤维素纳米纤维、铜纳米线、银纳米线、碳化硅纳米线中的至少一种。
[0020]多巴胺是一种自聚
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黏附性的材料，可对材料表面进行有效修饰，其氨基与醌式结构能够为超细纳米纤维的功能修饰提供丰富的活性位点。
[0021]所述的多巴胺缓冲液的配制方法为：配制Tris
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HCl缓冲液，调节pH值为7.5～9，将多巴胺加入到所述的Tris
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HCl缓冲液中得到多巴胺缓冲液；优选的，所述的多巴胺缓冲液中多巴胺的质量浓度为1
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6wt％。
[0022]优选的，超细纳米纤维在多巴胺缓冲液中的浸泡时间为0.1
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10h，以避免多巴胺过度自聚而影响其在超细纳米纤维表面的修饰。
[0023]多聚赖氨酸具有丰富的氨基、羧基、酰胺键等基团可有效结合细颗粒物，同时，多聚赖氨酸还可以与细菌发生亲电作用并穿透细菌外壁抑制细菌酶和蛋白的合成，从而达到抑制细菌生长的目的，同样，银也具有类似的良好杀菌性能。
[0024]优选的，所述的抗菌修饰方法为：将多巴胺修饰的超细纳米纤维浸泡在多聚赖氨酸溶液中，通过多巴胺与多聚赖氨酸间的席夫碱/迈克尔加成反应得到多聚赖氨酸修饰的抗菌超细纳米纤维，或将多巴胺修饰的超细纳米纤维浸泡在硝酸银溶液中，再滴加氨水得到银修饰的抗菌超细纳米纤维。
[0025]进一步优选的，所述的多聚赖氨酸溶液的质量浓度为1
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10wt％，pH值为7.5～9；硝酸银溶液的质量浓度为1
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5wt％，氨水的质量浓度为0.1
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗菌防病毒的空气过滤材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将偶极性强的高分子材料溶解在有机溶剂A中，添加纳米二氧化钛，分散均匀后得到纺丝液；(2)将超细纳米纤维浸泡在多巴胺缓冲液中得到多巴胺修饰的超细纳米纤维，再将多巴胺修饰的超细纳米纤维进行抗菌修饰得到抗菌超细纳米纤维，并将抗菌超细纳米纤维分散在有机溶剂B中，得到喷涂液；(3)将纺丝液通过静电纺丝技术纺至收集器上，得到纳米纤维支撑骨架，同时将喷涂液喷涂至纳米纤维支撑骨架上，得到抗菌防病毒的空气过滤材料。2.根据权利要求1所述的抗菌防病毒的空气过滤材料的制备方法，其特征在于，所述的偶极性强的高分子材料包括聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇中的至少一种，偶极矩为1.2～3.6D，质量浓度为10～30wt％，重均分子量为50,000～350,000。3.根据权利要求1所述的抗菌防病毒的空气过滤材料的制备方法，其特征在于，所述的纳米二氧化钛为锐钛矿型纳米二氧化钛，质量浓度为1～5wt％。4.根据权利要求1所述的抗菌防病毒的空气过滤材料的制备方法，其特征在于，所述的超细纳米纤维的直径为10～50nm，长径比为100～1000；包括纤维素纳米纤维、细菌纤维素纳米纤维、铜纳米线、银纳米线、碳化硅纳米线中的至少一种。5.根据权利要求1所述的抗菌防病毒的空气过滤材料的制备方法，其特征在于，所述的多巴胺缓冲液的配制方法为：配制Tris
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HCl缓冲液，调节pH值为7.5～9，将多巴胺加入到所述的Tris
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HCl缓冲液中得到多...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晶，窦炜玉，张林，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：