用于放射性气溶胶净化的纤维素基驻极体纳米纤维膜的制备及应用制造技术

本发明专利技术公开了一种用于放射性气溶胶净化的纤维素基驻极体纳米纤维膜的制备及应用，包括：将无机驻极体纳米粒子分散于溶剂中，常温超声分散，得到分散液，再将纤维素衍生物加入分散液中，搅拌，得到无机驻极体纳米粒子/纤维素衍生物复合纺丝液；将纺丝液装入静电纺丝机中，通过静电纺丝制备负载无机驻极体纳米粒子的纤维素基驻极体纳米纤维膜。本发明专利技术中采用静电纺丝技术制备纤维素基驻极体纳米纤维膜过滤材料，又通过负载方式使纳米纤维膜内部复合了高介电常数的无机驻极体纳米粒子，提高纤维素基驻极体纳米纤维膜的驻极体性能及气溶胶净化性能，制备出具有增强驻极体效应、容尘量大及力学性能优良的纤维素基驻极体纳米纤维过滤材料。过滤材料。过滤材料。

【技术实现步骤摘要】
用于放射性气溶胶净化的纤维素基驻极体纳米纤维膜的制备及应用


[0001]本专利技术涉及生物质材料开发及空气净化纳米复合纤维材料制备领域，具体为一种用于放射性气溶胶净化的纤维素基驻极体纳米纤维膜的制备及应用。

技术介绍

[0002]核能基于其安全、清洁、低的温室气体排放量和经济等优点已经吸引了全世界的广泛关注。然而，在核能开发和利用以及核设施退役处理过程中，均可能在工作场所密闭空间范围产生放射性气溶胶。放射性气溶胶是造成人员内照射危害的主要来源，对人体造成严重辐射危害。因此，放射性气溶胶的处理材料及技术研发具有重要意义。驻极体是指具有长期储存电荷功能的电介质材料，具有在无外电场的条件下能自身产生静电作用力的特性。与传统的气溶胶过滤材料相比，驻极体过滤材料因纤维表面携带了电荷，依靠纤维的机械截留和静电捕获的协同作用净化气溶胶，提高了过滤效率，降低纤维的堆积密度，从而降低压差并减少放射性固体废物的形成。因此，驻极体纤维过滤材料因其高效低阻等性能，在工作场所等密闭空间范围内的放射性气溶胶净化领域具有广阔的应用前景。
[0003]无机驻极体纳米材料的介电常数高，在极化过程中容易发生偶极子的取向极化形成极化电荷，具有良好的电荷存储能力，然而无机驻极体纳米材料脆性大，不易成膜。高介电常数的无机驻极体纳米粒子常作为电荷储存增强剂，添加于聚合物纤维过滤材料中提高其驻极体性能。
[0004]驻极体纤维过滤材料对颗粒物的过滤净化性能与机械截留作用和静电捕获作用有关，为了增强驻极体纤维过滤材料的净化性能，通常在聚合物溶液中添加介电常数高的无机驻极体纳米材料作为电荷储存增强剂，目前报道的介电常数高的纳米无机材料有如二氧化硅、二氧化钛、钛酸钡、氮化硅或电气石薄水铝石、石墨片及其表面改性产品等。报道的聚合物有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)，聚氨酯(PU)，聚苯乙烯(PS)，聚偏氟乙烯，聚丙烯腈(PAN)和聚酰亚胺等，这些聚合物材料多为难以生物降解的石油基高分子材料，使用废弃后会成为二次污染物。

技术实现思路

[0005]本专利技术基于现有纳米纤维空气净化及放射性气溶胶净化材料的性能不足，提供一种用于放射性气溶胶净化的负载纳米无机材料的纤维素基驻极体纳米纤维膜的制备方法，实现获得高性能纤维素基驻极体纳米纤维过滤材料，达到高效净化过滤放射性气溶胶的目的。
[0006]以资源丰富、可再生的纤维素材料为基础，通过静电纺丝技术将MXene、氧化石墨烯及钛酸钡等粒子电荷增强剂负载于纳米纤维素纤维中，并对其进行静电极化，提高纤维素纳米纤维材料电荷存储能力、稳定性及力学性能，提高纤维素基驻极体纳米纤维材料的驻极性能及气溶胶净化性能，制备出具有增强驻极体效应、容尘量大及力学性能优良的纤
维素基驻极体纳米纤维过滤材料，为放射性气溶胶净化领域提供高性能纤维素基驻极体纳米纤维过滤材料。
[0007]本专利技术的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
[0008]为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种用于放射性气溶胶净化的纤维素基驻极体纳米纤维膜的制备方法，包括：
[0009]步骤一、将无机驻极体纳米粒子分散于溶剂中，常温超声分散，得到分散液，再将纤维素衍生物加入分散液中，搅拌，得到无机驻极体纳米粒子/纤维素衍生物复合纺丝液；
[0010]步骤二、将无机驻极体纳米粒子/纤维素衍生物复合纺丝液装入静电纺丝机中，通过静电纺丝制备负载无机驻极体纳米粒子的纤维素基驻极体纳米纤维膜。
[0011]优选的是，所述步骤一中，无机驻极体纳米粒子为钛酸钡、MXene、氧化石墨烯、二氧化硅、二氧化钛、氧化铝中的任意一种；所述无机驻极体纳米粒子的尺寸为50～400nm；溶剂为N,N
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二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、甲基吗啉氧化物、二甲基亚砜、丙酮、四氢呋喃、六氟异丙醇中的任意一种。
[0012]优选的是，对所述无机驻极体纳米粒子进行改性，其改性方法为：将无机驻极体纳米粒子分散在的碱溶液中，超声分散15～30min，100～120℃反应12～24h，离心洗涤，干燥，将干燥产物加入十八胺溶液中，超声30～60min，过滤，洗涤，38～45℃干燥18～36小时，得到改性无机驻极体纳米粒子。
[0013]优选的是，所述碱溶液的浓度为0.5～1.5mol/L；所述碱溶液为氢氧化钾或氢氧化钠溶液；所述无机驻极体纳米粒子与碱溶液的质量比为0.1～1:50～60；所述十八胺溶液的配制方法为：按质量体积比0.05～10g:100mL将十八胺溶解至乙醇溶液中；所述干燥产物与十八胺溶液的质量比为2～8:1。
[0014]优选的是，所述步骤一中，无机驻极体纳米粒子/纤维素衍生物复合纺丝液的质量体积浓度为5～15％；所述无机驻极体纳米粒子/纤维素衍生物复合纺丝液中无机驻极体纳米粒子和纤维素衍生物的质量比为1～20％；常温超声分散的时间为5～30min；搅拌的转速为100～200r/min，温度为15～30℃，时间为1～2小时。
[0015]优选的是，所述纤维素衍生物为乙基纤维素、醋酸纤维素、氰乙基纤维素、热塑性羧甲基纤维素衍生物(CN2013102277642中制备得到的)中的任意一种。
[0016]优选的是，所述步骤二中，静电纺丝的条件为：高压电源电压为5～30kV，收集距离在12～18cm，温度25～40℃，湿度在20～35％RH，纺丝时间为5～25min，纺丝速度为1～1.5mL/h，在40～60℃条件下烘干2～3h。
[0017]本专利技术还提供一种如上所述的制备方法制备的纤维素基驻极体纳米纤维膜在放射性气溶胶净化中的应用，将纤维素基驻极体纳米纤维膜置于含有放射性气溶胶的环境中实现对放射性气溶胶的净化。
[0018]本专利技术还提供一种如上所述的制备方法制备的纤维素基驻极体纳米纤维膜的空气净化性能测试方法，在测试箱中，采用发烟片模拟放射性气溶胶R
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PM2.5，通过新鲜空气稀释将R
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PM2.5初始质量浓度控制在999ug/m3；将纤维素基驻极体纳米纤维膜替换空气净化器中的过滤膜，并将空气空气净化器放置在测试箱中，同时将空气质量检测器置于测试箱中用于检侧R
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PM2.5的质量浓度；所述测试箱的尺寸为70
×
45
×
50cm。
[0019]本专利技术还提供一种如上所述的制备方法制备的纤维素基驻极体纳米纤维膜，所述纤维素基驻极体纳米纤维膜的纤维直径为200～800nm，孔隙率为80～85％，表面电位为200～800V。
[0020]本专利技术至少包括以下有益效果：
[0021](1)本专利技术中的乙基纤维素等是一种成本低、耐酸碱性、热稳定性良好、无毒且可降解的环境友好型纤维素衍生物。目前空气净化过滤中普遍使用的有机高分子纤维材料如聚乙烯、聚丙烯，聚氨酯，聚苯乙烯，聚偏氟乙烯，聚丙烯腈和聚酰亚胺等多为难以生物降解的石油基高分子材料，使用废弃后会成为二次污染物对环境易产生二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于放射性气溶胶净化的纤维素基驻极体纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，包括：步骤一、将无机驻极体纳米粒子分散于溶剂中，常温超声分散，得到分散液，再将纤维素衍生物加入分散液中，搅拌，得到无机驻极体纳米粒子/纤维素衍生物复合纺丝液；步骤二、将无机驻极体纳米粒子/纤维素衍生物复合纺丝液装入静电纺丝机中，通过静电纺丝制备负载无机驻极体纳米粒子的纤维素基驻极体纳米纤维膜。2.如权利要求1所述的用于放射性气溶胶净化的纤维素基驻极体纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，无机驻极体纳米粒子为钛酸钡、MXene、氧化石墨烯、二氧化硅、二氧化钛、氧化铝中的任意一种；所述无机驻极体纳米粒子的尺寸为50～400nm；溶剂为N,N
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二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、甲基吗啉氧化物、二甲基亚砜、丙酮、四氢呋喃、六氟异丙醇中的任意一种。3.如权利要求2所述的用于放射性气溶胶净化的纤维素基驻极体纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，对所述无机驻极体纳米粒子进行改性，其改性方法为：将无机驻极体纳米粒子分散在碱溶液中，超声分散15～30min，100～120℃反应12～24h，离心洗涤，干燥，将干燥产物加入十八胺溶液中，超声30～60min，过滤，洗涤，38～45℃干燥18～36小时，得到改性无机驻极体纳米粒子。4.如权利要求3所述的用于放射性气溶胶净化的纤维素基驻极体纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述碱溶液的浓度为0.5～1.5mol/L；所述碱溶液为氢氧化钾或氢氧化钠溶液；所述无机驻极体纳米粒子与碱溶液的质量比为0.1～1:50～60；所述十八胺溶液的配制方法为：按质量体积比0.05～10g:100mL将十八胺溶解至乙醇溶液中；所述干燥产物与十八胺溶液的质量比为2～8:1。5.如权利要求1所述的用于放射性气溶胶净化的纤维素基驻极体纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，无机驻极体纳米粒子/纤维素衍生物复合纺丝液的质量体积浓度为5～15％...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亚萍，张雯琪，李战国，刘大通，庞春霞，林晓艳，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：