一种纳米蛛网复合有序纳米纤维空气过滤膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种纳米蛛网复合有序纳米纤维空气过滤膜及其制备方法和应用。该过滤膜包含多级孔结构，结构稳定，是能够完全通过物理拦截颗粒物及病原微生物的空气过滤用复合有序纳米纤维膜。本发明专利技术以聚合物溶液作为纺丝液，采用静电纺丝技术制备有序纳米纤维膜，然后通过静电喷网技术在有序纳米纤维膜表面复合一层纳米蛛网，本发明专利技术在提高纳米纤维膜过滤效率的同时保证较低的压降，提高了该空气过滤膜的过滤性能。膜的过滤性能。膜的过滤性能。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米蛛网复合有序纳米纤维空气过滤膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于新材料领域，特别涉及一种纳米蛛网复合有序纳米纤维空气过滤膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着工业的迅速发展带来了日益严重的空气污染。空气污染物中粒径小于等于2.5微米的细颗粒物(PM2.5)对能见度和空气质量有着重要影响，这些细颗粒物能够深入到人体细支气管和肺泡，还携带大量有毒有害物质，严重影响人体健康。尤其在疫情爆发以来，能够高效拦截病毒和细菌的空气过滤材料在个人防护方面发挥更加重要的作用。
[0003]静电纺纳米纤维过滤材料因其具有纳米级的纤维直径、超高的比表面积和孔隙率、良好的通透性、表面易功能化处理，易与亚微米级粒子结合等特性，广受全世界研究者的关注。传统的静电纺丝纳米纤维滤材在结构上存在很大的局限性，一方面它们的直径分布窄，在堆积时更倾向于形成紧密堆积，且具有较高面密度的纳米纤维膜，使得过滤阻力急剧增大，在过滤过程中阻碍气流通过；另一方面，常规的静电纺纳米纤维膜在垂直方向上还存在一定的结构缺陷，导致纳米纤维膜脆弱、易破损、易剥离等问题，因此通过重构纤维结构以获得新型纳米纤维材料产物已成为现阶段亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出了一种纳米蛛网复合有序纳米纤维空气过滤膜及其制备方法和应用，以解决现有技术中的上述技术问题。
[0005]本专利技术的目的之一，是提供一种纳米蛛网复合有序纳米纤维空气过滤膜的制备方法，包括步骤：
[0006]S1、通过静电纺丝技术结合双碟收丝装置将聚合物溶液电纺为有序纳米纤维膜；本专利技术所述静电纺丝技术在深圳通力微纳科技有限公司TL
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pro 型静电纺丝设备上进行，所述静电纺丝技术是通过静电纺丝设备，将所制备的溶液抽吸入到带有金属针头的注射器中，注射器被固定在滑台上，在外力的作用下将溶液挤出，液滴在较高电压的牵引下离开注射器针头，飞行过程中，射流经相分离固化成纤，沉积覆盖在双碟接收装置，聚合物溶液被电纺为有序纳米纤维膜；所述双碟接收装置采用通力微纳科技有限公司装置。
[0007]S2、选用与S1相同或不同的低质量浓度的高分子量聚合物溶液及相应添加剂，通过深圳通力微纳科技有限公司TL
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pro型静电纺丝设备将混合溶液直喷成网，在S1制备的所述有序纳米纤维膜表面复合二维网状极细纳米纤维构成纳米蛛网复合有序纳米纤维膜。
[0008]进一步地，所述聚合物溶液采用的聚合物包括聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚乳酸、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚酰胺6、聚酰胺66、聚乙烯吡咯烷酮。
[0009]进一步地，所述S1中所述的有序纳米纤维膜的接收基材包括多孔膜、多孔滤纸、金属网、无纺布、各类织物或纳米纤维膜。
[0010]进一步地，所述S1中所制备的有序纳米纤维膜的纤维直径为150nm～ 400nm，孔径分布为2μm～10μm。
[0011]进一步地，所述S2中所述的添加剂包括氯化钠、氯化锂、碳酸钠、硝酸银、二氧化钛、溴化锂、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、四丁基溴化铵、碳纳米管。
[0012]进一步地，所述S2中所述的聚合物溶液中添加物的质量浓度为0.0001 wt％～20wt％。
[0013]进一步地，所述S2中所制备的二维网状极细纳米纤维膜的蛛网直径为 20～40nm，蛛网孔径为20nm～100nm。
[0014]本专利技术的目的之二，是提供一种纳米蛛网复合有序纳米纤维空气过滤膜，根据上述纳米蛛网复合有序纳米纤维空气过滤膜制备方法制备得到。
[0015]本专利技术的目的之三，是提供一种纳米蛛网复合有序纳米纤维空气过滤膜在细菌过滤材料中的应用，通过使用上述纳米蛛网复合有序纳米纤维空气过滤膜制备方法制备得到的纳米蛛网复合有序纳米纤维空气过滤膜应用于细菌过滤。
[0016]进一步地，所述细菌过滤材料过滤细菌的种类包括金黄色葡萄球菌和大肠杆菌。
[0017]与现有技术相比，本专利技术提供了一种纳米蛛网复合有序纳米纤维空气过滤膜及其制备方法和应用，具备以下有益效果：
[0018](1)本专利技术制备的纳米蛛网复合有序纳米纤维空气过滤膜为一种包含多级孔结构，结构稳定，能够完全通过物理拦截颗粒物及病原微生物的空气过滤用复合有序纳米纤维膜；
[0019](2)本专利技术制备的纳米蛛网复合有序结构纳米纤维膜具有纳米蛛网和有序结构双重结构，其中有序结构通过纤维有序堆叠，并具有纳米蛛网结构的极小直径，极小孔径对颗粒物和病原微生物能够进行有效拦截，使得纳米蛛网复合有序结构纳米纤维膜对颗粒物和病原微生物的过滤效率达99％以上，具有较高的使用稳定性和安全性，进一步拓宽了所制备的复合纳米纤维膜的应用领域；其中有序结构产生的狭长缝隙和纳米蛛网极小孔径产生的空气滑移效应有利于气体通过，复合纳米纤维膜的压降均不超过120Pa，在空气过滤领域表现出广泛的应用前景；
[0020](3)本专利技术提供的制备方法中，所选用的聚合物、添加剂及有机溶剂种类广泛，有利于本专利技术所述复合结构适应多种应用场景。
附图说明
[0021]图1示出了本专利技术实施例的一种制备的复合有序纳米纤维膜外观图；
[0022]图2示出了本专利技术实施例的一种制备的活性炭基底纳米蛛网复合有序结构纳米纤维膜的SEM图；
[0023]图3示出了本专利技术实施例的一种制备的非织造布基底纳米蛛网复合有序结构纳米纤维膜的SEM图；
[0024]图4示出了本专利技术实施例的一种制备的金属网基底纳米蛛网复合有序结构纳米纤维膜的SEM图；
[0025]图5示出了本专利技术实施例的一种制备的纳米纤维膜基底纳米蛛网复合有序结构纳米纤维膜的制备的SEM图；
[0026]图6示出了本专利技术实施例的一种制备的纤维素滤纸基底纳米蛛网复合有序结构纳米纤维膜的SEM图；
[0027]图7示出了本专利技术实施例的一种制备的织物基底有序结构纳米纤维膜的SEM图；
[0028]图8示出了本专利技术实施例的一种制备的活性炭基底有序结构纳米纤维膜的SEM图；
[0029]图9示出了本专利技术实施例的一种制备的活性炭基底纳米蛛网纤维膜的 SEM图；
[0030]图10示出了本专利技术实施例的一种制备的复合有序纳米纤维膜连续使用十次后的颗粒物过滤性能图；
[0031]图11示出了本专利技术实施例的一种PAN有序纳米纤维膜、本专利技术制备的复合有序纳米纤维膜和同厚度的无序纳米纤维膜的过滤性能对比图。
具体实施方式
[0032]为更好地理解本专利技术，将给出具体实施例对本专利技术做出进一步说明，然而应当理解，所阐述实施例为示例性实施例，可以以各种形式实现本专利技术而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本专利技术，并且能够将本专利技术的范围完整地传达给本领域的技术人员。
[0033]下述实施例中，若未特别指明，所采用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，本专利技术中的试剂和材料为市场或其他公本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米蛛网复合有序纳米纤维空气过滤膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、通过静电纺丝技术结合双碟收丝装置，将聚合物溶液电纺为有序纳米纤维膜；S2、选用与S1相同或不同的低质量浓度的高分子量聚合物溶液及相应添加剂，通过静电喷网技术在S1制备的所述有序纳米纤维膜表面复合二维网状极细纳米纤维，构成纳米蛛网复合有序纳米纤维膜。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚合物溶液采用的聚合物包括聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚乳酸、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚酰胺6、聚酰胺66、聚乙烯吡咯烷酮。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述S1中所述的有序纳米纤维膜的接收基材包括多孔膜、多孔滤纸、金属网、无纺布、各类织物或纳米纤维膜。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述S1中所制备的有序纳米纤维膜的纤维直径为150nm～400nm，孔径分布为2μm～10μm。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述S2中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱孟府，程晓，赵蕾，邓橙，张志伟，李抄，杜耀华，
申请(专利权)人：军事科学院系统工程研究院卫勤保障技术研究所，
类型：发明
国别省市：