【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于口罩过滤材料，具体涉及一种细菌纤维素纳米纤维气凝胶基过滤材料及其制备方法与应用。
技术介绍
1、在人们的日常生活中的防护中任何时期任何场合都不可或缺，佩戴口罩的病毒携带者，可以有效的阻止病毒以飞沫的形式进入空气，防护人员也可以佩戴口罩，大幅度降低直接吸入病毒的机率。口罩对与呼吸道传染的病毒都具有很好的防护效果。口罩为防护者和环境之间构筑了有一道强有力的防线，这对于防范和遏制一些病毒的传染，是一种相当有效的手段。口罩除了应对病毒方面，对于颗粒物的阻断也十分有效，由于我国工业化的发展和环境的变化，常面临有机动车尾气、雾霾恶劣天气、建筑工业扬尘、工业生产场合，颗粒物的吸入会导致比较严重的健康问题，例如呼吸道感染，诱发心血管疾病，严重的还会对骨骼、生殖系统、大脑等部位造成损伤。而口罩可以大幅度降低颗粒雾霾的吸入，保护人们的健康。口罩是人们极其依赖的个人防护工具，是保护人体健康安全重要的防线。
2、我们国家作为全球最大的口罩生产国和出口国，年产量约占有全球的一半以上，生产总量超过50亿只。我国同时也是口罩消耗的大国，国内每天消耗的口罩超过2亿只。随着口罩不断被开发和改进，常用的口罩分为棉纱口罩、非织造物口罩、日常防护口罩、防尘口罩及医用口罩(一次性、外科、防护、n95)等多种形式和目的的口罩。市场上常见的口罩是sms或smms型(s-纺粘非织造布；m-熔喷非织造布)。从内到外分为里层、过滤层和面层，面层和里层通常为聚酯或聚丙烯类的非织造布。外层一般由纺粘非织造织物垫构成，孔尺度较大，过滤较大尺寸颗粒；内层通常是亲
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于，针对现有口罩过滤材料存在的亚微米级别的颗粒过滤出现的高效-低阻这一矛盾和废弃口罩所存在的降解慢造成严重的环境污染问题，提供一种细菌纤维素纳米纤维气凝胶基过滤材料及其制备方法与应用，对细菌纤维素进行酸解处理，离心、透析除去酸性成分；超声破碎分散后，离心取其上清液，即可得到具有纳米尺度纤维的丰富的细菌纤维素纳米纤维气凝胶；向细菌纤维素纳米纤维气凝胶中加入叔丁醇和交联剂盐酸可以改善气凝胶的网络孔隙的分散和强力的问题。通过冷冻干燥的方法尽可能地保留了纤维素的三维网络结构，实现了过滤性能高的过滤材料的制备。
2、为了实现上述目的，本申请采用的技术方案为：
3、本专利技术的第一个目的是提供一种细菌纤维素纳米纤维气凝胶基过滤材料的制备方法，包括以下步骤：
4、将洗涤干燥后的细菌纤维素置于硫酸溶液中进行酸解反应，反应结束后得到反应液，然后加入水终止酸解反应，离心、透析得到细菌纤维素悬浮液；
5、将细菌纤维素悬浮液进行超声破碎处理、离心后得到上清液，对上清液重复进行超声破碎处理和离心直至得到细菌纤维素纳米纤维气凝胶；
6、向细菌纤维素纳米纤维气凝胶加入叔丁醇，然后加入交联剂后进行冷冻干燥得到细菌纤维素纳米纤维气凝胶基过滤材料。
7、进一步的，制备细菌纤维素悬浮液过程中，所述细菌纤维素采用水洗涤4～8次，干燥的温度为60～80℃，时间为1～3h；所述细菌纤维素和硫酸溶液的质量体积比为3～7g：100ml，所述细菌纤维素的聚合度为2000～8000，硫酸溶液的浓度为60～66wt％。
8、进一步的，制备细菌纤维素悬浮液过程中，酸解反应的温度为50～60℃，时间为1.5～2.5h，反应液和水的体积比为1：8-10，离心的转速为8000～120000rmp，离心时间为8～12min，透析袋的分子量为3500～10000，透析时间为3～5d。
9、进一步的，制备细菌纤维素纳米纤维气凝胶过程中，所述细菌纤维素悬浮液的浓度为0.5～2.5wt％。
10、进一步的，制备细菌纤维素纳米纤维气凝胶过程中，超声破碎中变幅杆的直径为6mm～16mm，超声功率为20～40％，超声时间为1.5～3h，超声频率为40-45khz。
11、进一步的，制备细菌纤维素纳米纤维气凝胶基过滤材料过程中，叔丁醇和细菌纤维素纳米纤维气凝胶的的体积为125～175:50。
12、进一步的，制备细菌纤维素纳米纤维气凝胶基过滤材料过程中，交联剂和和细菌纤维素纳米纤维气凝胶的体积为15～20:50，交联剂为盐酸，盐酸的体积浓度为10％；冷冻干燥的时间为12h，冷冻干燥的真空压力为-0.1kpa，温度为-60℃。
13、本专利技术的第二个目的是提供上述制备方法制备的细菌纤维素纳米纤维气凝胶基过滤材料。
14、本专利技术的第三个目的是提供上述细菌纤维素纳米纤维气凝胶基过滤材料在作为口罩过滤材料中的应用。
15、优选的，将口罩熔喷层浸入上述制备的细菌纤维素纳米纤维气凝胶中，反复提拉3～5次，然后进行冷冻干燥，得到口罩过滤材料；所述冷冻干燥的时间为8h，冷冻干燥的真空压力为-0.1kpa，温度为-60℃。
16、与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
17、(1)本专利技术将细菌纤维素干燥后加入到硫酸溶液中酸解，经过两次超声破碎分散使细菌纤维素悬浮液具有良好的分散性；离心的目的去除尺度较大的纤维素微纤维，得到细菌纤维素纳米纤维气凝胶，更纤细的纤维素有利于降低呼吸阻力；加入叔丁醇可以改善细菌纤维素纳米纤维的分散性，防止其团聚。此外，叔丁醇在冷冻干燥过程中产生更细小的冰晶，有利于纳米纤维纤维素的网络结构形成；盐酸的加入，使纤维素分子链之间的交联剂，增强纳米纤维素之间的连接，使制备的过滤材料具有一定的强力。优化二者的添加比例后，其内部具有纳米纤维链相互搭接相连的三维孔隙网状结构，拥有高比表面积和超精细纤维构成的过滤层。该方法为新型过滤材料的具有方法简单，低成本的优势。获得的过滤材料具有高效过滤，绿色可持续等优势。
18、(2)本专利技术所用的材料本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种细菌纤维素纳米纤维气凝胶基过滤材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的细菌纤维素纳米纤维气凝胶基过滤材料的制备方法，其特征在于，制备细菌纤维素悬浮液过程中，所述细菌纤维素采用水洗涤4～8次，干燥的温度为60～80℃，时间为1～3h；所述细菌纤维素和硫酸溶液的质量体积比为3～7g：100mL，所述细菌纤维素的聚合度为2000～8000，硫酸溶液的浓度为60～66wt％。
3.根据权利要求1所述的细菌纤维素纳米纤维气凝胶基过滤材料的制备方法，其特征在于，制备细菌纤维素悬浮液过程中，酸解反应的温度为50～60℃，时间为1.5～2.5h，反应液和水的体积比为1：8-10，离心的转速为8000～120000rmp，离心时间为8～12min，透析袋的分子量为3500～10000，透析时间为3～5d。
4.根据权利要求1所述的细菌纤维素纳米纤维气凝胶基过滤材料的制备方法，其特征在于，制备细菌纤维素纳米纤维气凝胶过程中，所述细菌纤维素悬浮液的浓度为0.5～2.5wt％。
5.根据权利要求1所述的细菌纤维素纳米纤维
6.根据权利要求1所述的细菌纤维素纳米纤维气凝胶基过滤材料的制备方法，其特征在于，制备细菌纤维素纳米纤维气凝胶基过滤材料过程中，叔丁醇和细菌纤维素纳米纤维气凝胶的体积为125～175:50。
7.根据权利要求1所述的细菌纤维素纳米纤维气凝胶基过滤材料的制备方法，其特征在于，制备细菌纤维素纳米纤维气凝胶基过滤材料制备过程中，交联剂和细菌纤维素纳米纤维气凝胶的体积为15～20:50，交联剂为盐酸，盐酸的体积浓度为10wt％；冷冻干燥的时间为12h，冷冻干燥的真空压力为-0.1kpa，温度为-60℃。
8.一种权利要求1-7任一项所述的制备方法制备的细菌纤维素纳米纤维气凝胶基过滤材料。
9.根据权利要求8所述的细菌纤维素纳米纤维气凝胶基过滤材料在作为口罩过滤材料中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，将口罩熔喷层浸入权利要求1制备的细菌纤维素纳米纤维气凝胶基过滤材料中，反复提拉3～5次，然后进行冷冻干燥，得到口罩过滤材料；所述冷冻干燥的时间为8h，冷冻干燥的真空压力为-0.1kpa，温度为-60℃。
...【技术特征摘要】
1.一种细菌纤维素纳米纤维气凝胶基过滤材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的细菌纤维素纳米纤维气凝胶基过滤材料的制备方法，其特征在于，制备细菌纤维素悬浮液过程中，所述细菌纤维素采用水洗涤4～8次，干燥的温度为60～80℃，时间为1～3h；所述细菌纤维素和硫酸溶液的质量体积比为3～7g：100ml，所述细菌纤维素的聚合度为2000～8000，硫酸溶液的浓度为60～66wt％。
3.根据权利要求1所述的细菌纤维素纳米纤维气凝胶基过滤材料的制备方法，其特征在于，制备细菌纤维素悬浮液过程中，酸解反应的温度为50～60℃，时间为1.5～2.5h，反应液和水的体积比为1：8-10，离心的转速为8000～120000rmp，离心时间为8～12min，透析袋的分子量为3500～10000，透析时间为3～5d。
4.根据权利要求1所述的细菌纤维素纳米纤维气凝胶基过滤材料的制备方法，其特征在于，制备细菌纤维素纳米纤维气凝胶过程中，所述细菌纤维素悬浮液的浓度为0.5～2.5wt％。
5.根据权利要求1所述的细菌纤维素纳米纤维气凝胶基过滤材料的制备方法，其特征在于，制备细菌纤维素纳米纤维气凝胶过程中，超声破碎中变幅杆...
【专利技术属性】
技术研发人员：王永臻，范伟强，刘儒淋，邹静，程静，蔡伟熠，王一凡，
申请(专利权)人：西安工程大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。