一种三维双网络过滤材料、其制备方法及应用技术

本发明专利技术提供一种三维双网络过滤材料的制备方法，包括以下步骤：A)将纳米纤维素和表面活性剂在溶剂中混合均匀，得到浸渍溶液；B)将三维骨架网络材料浸入浸渍溶液中，浸润后经挤压得到具有气泡结构的三维骨架网络材料；C)使用液氮对具有气泡结构的三维骨架网络材料进行冷冻，得到冻结的三维骨架网络材料；D)将所述冻结的三维骨架网络材料进行冷冻干燥，得到三维双网络过滤材料。本发明专利技术中的双网络过滤材料的力学强度高，做到高效率和低气阻的平衡，其内部的纳米纤维素网络可以在PM2.5污染气体通过时，物理拦截污染气体中的颗粒物。材料使用后可再次加工后重复使用，绿色可循环。本发明专利技术还提供了一种三维双网络过滤材料及其应用。明还提供了一种三维双网络过滤材料及其应用。

【技术实现步骤摘要】
一种三维双网络过滤材料、其制备方法及应用


[0001]本专利技术属于空气过滤PM颗粒
，尤其涉及一种三维双网络过滤材料、其制备方法及应用。

技术介绍

[0002]由现代工业发展和人类活动产生的多种污染物正在逐年加速地向环境中排放，由此造成的环境污染现已成为严重威胁生态环境可持续发展和人类健康的风险因素。例如，大气中常见的有害颗粒污染物(PM)一直是人们广泛关注的热点之一，长期暴露于含有颗粒物尺寸小于2.5微米(PM2.5)的重度污染环境中会引发支气管哮喘、慢性支气管炎和肺癌等多种严重危害人类健康的疾病，更严重的是在复杂自然环境中多种致病菌往往与有害颗粒物共存，这是由于小尺寸颗粒物的比表面积较大，导致它比一些大尺寸颗粒物更容易吸附致病菌。吸入伴有致病菌的PM将会带来难以预估的健康危害。因此，无论是基于工业清洁生产还是基于生存环境治理，寻求有效的技术方法或功能材料来去除这些有害污染物是我国工业及社会可持续发展的迫切需求。
[0003]目前的过滤材料主要有两种过滤方式：
[0004]1.被动捕获法：利用密集的纤维网络来拦截颗粒物，纤维网络在过滤的过程中起到阻碍颗粒物运动的作用，阻挡颗粒物的运动路线，通过碰撞，附着和捕获的方式来拦截颗粒物，颗粒物一般是由于惯性冲撞、拦截、布朗运动和重力沉降等几个过程共同作用而被捕获的。被动捕获法分为几个阶段，起初颗粒物偏移运动路线并由于惯性力撞到了被动过滤材料上，而对于亚微米级别的材料，布朗运动使它们更无规律的偏移自己的运动路线，而比过滤材料空洞大的颗粒物，直接被材料本身拦截下来了。被动捕获法具有低成本、高过滤效率的优点，所以广泛应用于颗粒物的过滤。
[0005]2.主动捕获法：权衡了过滤效率与压降的一种这种的方式，利用化学键作用力和电学作用力，来捕获和吸附颗粒物。颗粒物表面一般具有很多的高极性官能团，例如碳氧键、碳氮键、硝酸根和亚硫氢酸根，利用高偶极距的过滤材料与颗粒物的官能团之间偶极
‑
偶极和诱导偶极分子间力，颗粒物可以被库仑力有效的捕获。当颗粒物本身携带电荷或过滤材料本身施加了电场时，会产生静电力，也可以使颗粒物倍静电吸附。静电力相比于范德华力的有效吸引距离要大几个数量级，所以空气净化的效率会高出很多。在静电力的帮助下，过滤材料本身可以具有比较大的空洞，压降低的同时还具有很高的过滤效率，做到了过滤效率与压降的平衡。主动捕获法具有低成本、效率高、压降低的优点。
[0006]上述两种方法现在已经广为使用，但是仍然存在一些不足：
[0007]①
过滤材料均为一次性产品，拦截颗粒物后无法再次使用；
[0008]②
均为白色污染物，会对环境造成不可逆的伤害；
[0009]③
生产过程中，消耗大量的能量与原料，造成一定的污染；
[0010]④
均为二维过滤材料，对三维过滤材料的制备仍有空缺。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的在于提供一种三维双网络过滤材料、其制备方法及应用，本专利技术中的三维双网络过滤材料过滤效率高、环保无污染，材料使用后可再次加工后重复使用，绿色可循环。
[0012]本专利技术提供一种三维双网络过滤材料的制备方法，包括以下步骤：
[0013]A)将纳米纤维素和表面活性剂在溶剂中混合均匀，得到浸渍溶液；
[0014]B)将三维骨架网络材料浸入浸渍溶液中，浸润后经挤压得到具有气泡结构的三维骨架网络材料；
[0015]C)使用液氮对具有气泡结构的三维骨架网络材料进行冷冻，得到冻结的三维骨架网络材料；
[0016]D)将所述冻结的三维骨架网络材料进行冷冻干燥，得到三维双网络过滤材料。
[0017]优选的，所述三维骨架网络材料包括密胺海绵、聚氨酯海绵和无纺布中的一种或几种。
[0018]优选的，所述纳米纤维素的直径为50～100nm，长度为10～30μm。
[0019]优选的，所述浸渍溶液中，纳米纤维素的质量浓度为0.1～0.5％；表面活性剂的质量浓度为0.1～0.5％。
[0020]优选的，所述表面活性剂为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂和中性表面活性剂中的一种或几种。
[0021]优选的，所述步骤C)中冷冻的时间为5～15min。
[0022]优选的，所述冷冻干燥的冷阱温度为
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50～
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60℃；所述冷冻干燥的时间为60～80小时。
[0023]本专利技术提供如上文所述的制备方法制备得到的三维双网络过滤材料，其特征在于，所述三维双网络材料包括三维骨架网络材料和分散在所述三维骨架网络材料中的纳米纤维素和表面活性剂。
[0024]本专利技术提供如上文所述的三维双网络过滤材料在空气过滤PM颗粒中的应用。
[0025]本专利技术提供了一种三维双网络过滤材料的制备方法，包括以下步骤：A)将纳米纤维素和表面活性剂在溶剂中混合均匀，得到浸渍溶液；B)将三维骨架网络材料浸入浸渍溶液中，浸润后经挤压得到具有气泡结构的三维骨架网络材料；C)使用液氮对具有气泡结构的三维骨架网络材料进行冷冻，得到冻结的三维骨架网络材料；D)将所述冻结的三维骨架网络材料进行冷冻干燥，得到三维双网络过滤材料。本专利技术所提供的一种基于密胺海绵的三维双网络过滤材料，将纳米级别的纳米纤维素使用泡沫组装的方式，在密胺海绵的六边形骨架上形成交织的纤维素网络，均匀的分布在密胺海绵内部，本专利技术中的双网络过滤材料的力学强度高，能够在大多数过滤环境中起到过滤作用，三维滤材相较于二维滤材大大增加了过滤面，提高了过滤的效率，做到高效率和低气阻的平衡，海绵在通电后可以利用静电力捕获大量的颗粒物，同时兼具主动捕获法与被动捕获法的优势，其制备方法简单、不涉及有害化学试剂、制备成本低，且所有的原材料均为环保材料，不会造成白色污染，制备过程中，无任何污染产生，材料使用后可再次加工后重复使用，绿色可循环。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0027]图1为本专利技术三维双网络过滤材料的制备过程示意图；
[0028]图2为本专利技术实施例1中所使用的密胺海绵的SEM图；
[0029]图3为本专利技术实施例1中三维双网络过滤材料的SEM图(放大100倍)；
[0030]图4为本专利技术实施例1中三维双网络过滤材料的SEM图(放大500倍)；
[0031]图5为本专利技术实施例1中三维双网络过滤材料的过滤效率图；
[0032]图6为本专利技术实施例1中三维双网络过滤材料的力学循环压缩测试数据图；
[0033]图7为本专利技术实施例2中三维双网络过滤材料的SEM图；
[0034]图8为本专利技术实施例3中三维双网络过滤材料的SEM图；
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维双网络过滤材料的制备方法，包括以下步骤：A)将纳米纤维素和表面活性剂在溶剂中混合均匀，得到浸渍溶液；B)将三维骨架网络材料浸入浸渍溶液中，浸润后经挤压得到具有气泡结构的三维骨架网络材料；C)使用液氮对具有气泡结构的三维骨架网络材料进行冷冻，得到冻结的三维骨架网络材料；D)将所述冻结的三维骨架网络材料进行冷冻干燥，得到三维双网络过滤材料。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述三维骨架网络材料包括密胺海绵、聚氨酯海绵和无纺布中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将纳米纤维素和表面活性剂在溶剂中通过溶液涡旋和超声处理混合均匀。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纳米纤维素的直径为20～100nm，长度为5～30μm。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述浸渍溶液中...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞书宏，周宇哲，黄晋，曹磊，秦冰，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：