CN103706186B - 一种空气净化用过滤材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种空气净化用过滤材料及其制备方法，其为多层复合结构，由中心层及对称设置的涤纶纤维毡中间层、不锈钢护网外层构成，所述中心层厚度是15-50mm，其是由经纳米活性炭颗粒涂覆的纳米聚丙烯腈（PAN）纤维无纺布层构成，其中的纳米PAN纤维直径为150-200纳米，纳米活性炭颗粒直径为30-50nm，涤纶纤维毡中间层厚度10-25mm，不锈钢护网外层为保护层，五层材料压紧后由螺栓固定。本发明滤材料可用于吸附对人体有更大危害的粒径在1.5-5um之间的细颗粒，过滤效率在98%以上。用于室内空气净化器中的空气滤芯。

Description

一种空气净化用过滤材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种复合过滤材料及其制备方法，具体地说是一种空气净化用过滤材料及其制备方法。

背景技术

随着环境污染日益严重，加上许多室内装修和装饰材料的污染，空气质量已引起社会的广泛关注。人类68%的疾病与空气污染有关；世界卫生组织把室内空气污染列为18类致癌物质之首。空气中的有害颗粒物一般指MP2.5（固体颗粒物粒径在2.5微米）以及更细小的颗粒，而传统的过滤材料很难将这类颗粒物滤除。因此一种能够过滤MP2.5以及更细小的过滤材料是解决空气污染的关键所在。目前常用的空气净化材料大多使用大量的活性炭，依靠活性炭的吸附性来吸附这些固体颗粒物以及有毒的气体分子，但是单独采用活性炭对于吸附亚微米级的颗粒物效果不是十分明显。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种结构合理、制备工艺简单，过滤效果好的空气净化用过滤材料及其制备方法。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种空气净化用过滤材料，其特征在于：其为多层复合结构，由中心层及对称设置的涤纶纤维毡中间层、不锈钢护网外层构成，所述中心层厚度是15-50mm，其是由经纳米活性炭颗粒涂覆的纳米聚丙烯腈（PAN）纤维无纺布层叠加构成，其中的纳米PAN纤维直径为150-200纳米，纳米活性炭颗粒直径为30-50nm；涤纶纤维毡中间层厚度10-25mm，不锈钢护网外层为保护层，五层材料压紧后由螺栓固定。

进一步的，所述单层纳米聚丙烯腈纤维无纺布的厚度为3-5mm，每平米单层纳米聚丙烯腈纤维无纺布涂覆有35-45g活性炭，5-10层所述纳米聚丙烯腈纤维无纺布叠加起来组成纳米聚丙烯腈纤维无纺布中心层。

本发明上述空气净化用过滤材料的制备方法，其包括以下步骤：首先制备纳米聚丙烯腈纤维无纺布中心层，将聚丙烯腈颗粒溶于N-N二甲基甲酰胺（DMF）中，配成质量百分数为12-16%的聚丙烯腈溶液，进而将配好的聚丙烯腈溶液注入到多喷头静电纺丝设备中，制备出均匀的白色纳米聚丙烯腈纤维无纺布，其中的聚丙烯腈纤维直径150-200nm，一层聚丙烯腈纤维无纺布的厚度为3-5mm；而后将制备好的纳米纤维无纺布裁切成片材；将纳米活性炭颗粒分散到聚乙烯醇水溶液中，所述纳米活性炭颗粒的直径为30-50nm，溶液中聚乙烯醇质量含量为2%，其余为水，雾化后喷洒到纳米聚丙烯腈纤维无纺布表面。活性炭涂覆量为：每平米厚度为3-5mm的单层纳米聚丙烯腈纤维无纺布涂覆有35-45g活性炭。5-10层所述纳米聚丙烯腈纤维无纺布叠加起来组成纳米聚丙烯腈纤维无纺布中心层。

第二步：制备涤纶纤维毡中间层  采用纤维直径8-22μm涤纶纤维，中间层厚度为10-25mm，裁切成片材；涤纶纤维毡中间层起到粗过滤作用，用来过滤空气中10μm及以上的较大颗粒的灰尘。

第三步：制备不锈钢护网外层  采用的是26-50目304不锈钢丝网，钢丝直径在0.05-0.3mm。

第四步：过滤材料的组装  将制备好的涂覆有纳米活性碳的纳米聚丙烯腈纤维无纺布置于两层涤纶纤维毡之间；再将裁好的不锈钢护层置于涤纶纤维毡两侧，五层材料压紧后，在四个角上用螺栓固定。

本发明通过静电纺丝法制备的聚丙烯腈（PAN）纳米无纺布，纳米聚丙烯腈纤维无纺布表面涂覆纳米活性炭颗粒，紧挨着中心层两侧为起粗过滤作用的涤纶纤维毡中间层，涤纶纤维毡里中间层的外层为不锈钢护网，五层材料压紧后由螺栓固定，中间不需粘接，因此便于拆卸、清洗和更换。经纳米活性碳涂覆的纳米聚丙烯腈纤维无纺布中心层与涤纶纤维毡组合后，作为室内空气过滤器滤芯材料，中心层可吸附对人体有更大危害的粒径在1.5-5μm之间的细颗粒。具有过滤效率高、制备工艺简单、空气阻力小等特点。

附图说明

图1是本发明组成结构示意图。

图中：1.不锈钢护网外层，2.涤纶纤维毡中间层，3. 中心层。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

一种空气净化用过滤材料，其为多层复合结构，由中心层3及对称设置的涤纶纤维毡中间层2、不锈钢护网外层1构成，所述中心层厚度是15-50mm，其是由经纳米活性炭颗粒涂覆的纳米聚丙烯腈（PAN）纤维无纺布层叠加构成，其中的纳米PAN纤维直径为150-200纳米，纳米活性炭颗粒直径为30-50nm，中心层可用于吸附对人体有更大危害的粒径在1.5-5μm之间的细颗粒。涤纶纤维毡中间层厚度10-25mm，其用来过滤空气中10μm及以上的较大颗粒的灰尘；不锈钢护网外层为保护层，起到保护作用。五层材料压紧后由螺栓固定。

进一步的，所述单层纳米聚丙烯腈纤维无纺布的厚度为3-5mm，每平米单层纳米聚丙烯腈纤维无纺布涂覆有35-45g活性炭，5-10层所述纳米聚丙烯腈纤维无纺布叠加起来组成纳米聚丙烯腈纤维无纺布中心层。

本发明上述空气净化用过滤材料的制备方法，其包括以下步骤：首先制备纳米聚丙烯腈纤维无纺布中心层，将聚丙烯腈颗粒溶于N-N二甲基甲酰胺（DMF）中，配成质量百分数为12-16%的聚丙烯腈溶液，进而将配好的聚丙烯腈溶液注入到多喷头静电纺丝设备中，调整电压值22kV，连续纺丝4-6小时即可制备出均匀的白色纳米聚丙烯腈纤维无纺布，聚丙烯腈纤维直径150-200nm。可大量制备纳米聚丙烯腈纤维无纺布备用。一层聚丙烯腈纤维无纺布的厚度为3-5mm；而后将制备好的纳米纤维无纺布裁切成片材；将纳米活性炭颗粒分散到聚乙烯醇水溶液中，所述纳米活性炭颗粒的直径为30-50nm，溶液中聚乙烯醇质量含量为2%，活性炭15%，其余为水，雾化后喷洒到纳米纤维无纺布表面，其中活性炭涂覆量为每平米纳米聚丙烯腈纤维无纺布涂覆35-45g。5-10层所述纳米纤维无纺布叠加起来组成纳米聚丙烯腈纤维无纺布中心层。

第二步：制备涤纶纤维毡中间层  采用纤维直径8-22μm涤纶纤维，中间层厚度为10-25mm，裁切成片材；涤纶纤维毡中间层起到粗过滤作用，用来过滤空气中10μm及以上的较大颗粒的灰尘。

第三步：制备不锈钢护网外层  采用的是26-50目304不锈钢丝网，钢丝直径在0.05-0.3mm。

第四步：过滤材料的组装  将制备好的涂覆有纳米活性碳的纳米聚丙烯腈纤维无纺布置于两层涤纶纤维毡之间；再将裁好的不锈钢护层置于涤纶纤维毡两侧，五层材料压紧后，在四个角上用螺栓固定。

本发明所述的中心层3、涤纶纤维毡中间层2、不锈钢护网外层1可以加工为方形，也可以为长方形。所述纳米聚丙烯腈纤维无纺布、涤纶纤维毡中间层裁切成片材，其尺寸可以为：100×100mm。

本发明通过静电纺丝法制备的聚丙烯腈（PAN）纳米无纺布，纳米聚丙烯腈纤维无纺布表面涂覆纳米活性炭颗粒，紧挨着中心层两侧为起粗过滤作用的涤纶纤维毡中间层，涤纶纤维毡里中间层的外层为不锈钢护网，五层材料压紧后由螺栓固定，中间不需粘接，因此便于拆卸、清洗和更换。经纳米活性碳涂覆的纳米聚丙烯腈纤维无纺布中心层与涤纶纤维毡组合后，作为室内空气过滤器滤芯材料，中心层可吸附对人体有更大危害的粒径在1.5-5μm之间的细颗粒。具有过滤效率高、制备工艺简单、空气阻力小等特点。

实施例1：

一种空气净化用过滤材料，其为多层复合结构，由中心层及对称设置的涤纶纤维毡中间层、不锈钢护网外层构成，所述中心层厚度是15mm，其是由经纳米活性炭颗粒涂覆的纳米聚丙烯腈（PAN）纤维无纺布层叠加构成，其中的纳米PAN纤维直径为150-200纳米，纳米活性炭颗粒直径为30nm，涤纶纤维毡中间层厚度10mm，不锈钢护网外层为保护层，五层材料压紧后由螺栓固定。所述单层纳米聚丙烯腈纤维无纺布的厚度为3mm，每平米单层纳米聚丙烯腈纤维无纺布涂覆有35-45g活性炭，5层所述纳米聚丙烯腈纤维无纺布叠加起来组成纳米聚丙烯腈纤维无纺布中心层。

本发明上述空气净化用过滤材料的制备方法，其包括以下步骤：首先制备纳米聚丙烯腈纤维无纺布中心层，将聚丙烯腈颗粒溶于N-N二甲基甲酰胺（DMF）中，配成质量百分数为12%的聚丙烯腈溶液，进而将配好的聚丙烯腈溶液注入到多喷头静电纺丝设备中，制备出均匀的白色纳米聚丙烯腈纤维无纺布，其中的聚丙烯腈纤维直径150-200nm，一层聚丙烯腈纤维无纺布的厚度为3mm；而后将制备好的纳米纤维无纺布裁切成片材，其尺寸为：100×100mm；将纳米活性炭颗粒分散到聚乙烯醇水溶液中，所述纳米活性炭颗粒的直径为30nm，溶液中聚乙烯醇质量含量为2%，其余为水，雾化后喷洒到纳米纤维无纺布表面。其中活性炭涂覆量为每平米聚丙烯腈纳米无纺布涂覆35-45g，5层所述纳米纤维无纺布叠加起来组成纳米聚丙烯腈纤维无纺布中心层。

第二步：制备涤纶纤维毡中间层  采用纤维直径8μm涤纶纤维，中间层厚度为10mm，裁切成片材，其尺寸为：100×100mm；起到粗过滤作用，用来过滤空气中10μm及以上的较大颗粒的灰尘。

第三步：制备不锈钢护网外层  采用的是26目304不锈钢丝网，钢丝直径在0.05mm；裁成尺寸为：100×100mm大小待用。

第四步：过滤材料的组装  将制备好的涂覆有纳米活性碳的纳米聚丙烯腈纤维无纺布置于两层涤纶纤维毡之间；再将裁好的不锈钢护层置于涤纶纤维毡两侧，五层材料压紧后，在四个角上用螺栓固定。

实施例2：

一种空气净化用过滤材料，其为多层复合结构，由中心层及对称设置的涤纶纤维毡中间层、不锈钢护网外层构成，所述中心层厚度是32mm，其是由经纳米活性炭颗粒涂覆的纳米聚丙烯腈（PAN）纤维无纺布层叠加构成，其中的纳米PAN纤维直径为150-200纳米，纳米活性炭颗粒直径为40nm，涤纶纤维毡中间层厚度15mm，不锈钢护网外层为保护层，五层材料压紧后由螺栓固定。所述单层纳米聚丙烯腈纤维无纺布的厚度为4mm，每平米单层纳米聚丙烯腈纤维无纺布涂覆有35-45g活性炭，8层所述纳米聚丙烯腈纤维无纺布叠加起来组成纳米聚丙烯腈纤维无纺布中心层。

本发明上述空气净化用过滤材料的制备方法，其包括以下步骤：首先制备纳米聚丙烯腈纤维无纺布中心层，将聚丙烯腈颗粒溶于N-N二甲基甲酰胺（DMF）中，配成质量百分数为15%的聚丙烯腈溶液，进而将配好的聚丙烯腈溶液注入到多喷头静电纺丝设备中，制备出均匀的白色纳米聚丙烯腈纤维无纺布，其中的聚丙烯腈纤维直径150-200nm，一层聚丙烯腈纤维无纺布的厚度为4mm；而后将制备好的纳米纤维无纺布裁切成片材，其尺寸为：100×100mm；将纳米活性炭颗粒分散到聚乙烯醇水溶液中，所述纳米活性炭颗粒的直径为40nm，溶液中聚乙烯醇质量含量为2%，其中活性炭涂覆量为每平米聚丙烯腈纳米无纺布涂覆40g，其余为水，雾化后喷洒到纳米纤维无纺布表面。8层所述纳米纤维无纺布叠加起来组成纳米聚丙烯腈纤维无纺布中心层。

第二步：制备涤纶纤维毡中间层  采用纤维直径12μm涤纶纤维，中间层厚度为20mm，裁切成片材，其尺寸为：100×100mm；起到粗过滤作用，用来过滤空气中10μm及以上的较大颗粒的灰尘。

第三步：制备不锈钢护网外层  采用的是40目304不锈钢丝网，钢丝直径在0.12mm；裁成尺寸为：100×100mm大小待用。

第四步：过滤材料的组装  将制备好的涂覆有纳米活性碳的纳米聚丙烯腈纤维无纺布置于两层涤纶纤维毡之间；再将裁好的不锈钢护层置于涤纶纤维毡两侧，五层材料压紧后，在四个角上用螺栓固定。

实施例3：一种空气净化用过滤材料，其为多层复合结构，由中心层及对称设置的涤纶纤维毡中间层、不锈钢护网外层构成，所述中心层厚度是50mm，其是由经纳米活性炭颗粒涂覆的纳米聚丙烯腈（PAN）纤维无纺布层叠加构成，其中的纳米PAN纤维直径为150-200纳米，纳米活性炭颗粒直径为50nm，涤纶纤维毡中间层厚度25mm，不锈钢护网外层为保护层，五层材料压紧后由螺栓固定。所述单层纳米聚丙烯腈纤维无纺布的厚度为5mm，每平米单层纳米聚丙烯腈纤维无纺布涂覆有35-45g活性炭，10层所述纳米聚丙烯腈纤维无纺布叠加起来组成纳米聚丙烯腈纤维无纺布中心层。

本发明上述空气净化用过滤材料的制备方法，其包括以下步骤：首先制备纳米聚丙烯腈纤维无纺布中心层，将聚丙烯腈颗粒溶于N-N二甲基甲酰胺（DMF）中，配成质量百分数为16%的聚丙烯腈溶液，进而将配好的聚丙烯腈溶液注入到多喷头静电纺丝设备中，制备出均匀的白色纳米聚丙烯腈纤维无纺布，其中的聚丙烯腈纤维直径150-200nm，一层聚丙烯腈纤维无纺布的厚度为5mm；而后将制备好的纳米纤维无纺布裁切成片材，其尺寸为：100×100mm；将纳米活性炭颗粒分散到聚乙烯醇水溶液中，所述纳米活性炭颗粒的直径为50nm，溶液中聚乙烯醇质量含量为2%，其余为水，雾化后喷洒到纳米纤维无纺布表面。其中活性炭涂覆量为每平米聚丙烯腈纳米无纺布涂覆45g。10层所述纳米纤维无纺布叠加起来组成纳米聚丙烯腈纤维无纺布中心层。

第二步：制备涤纶纤维毡中间层  采用纤维直径22μm涤纶纤维，中间层厚度为25mm，裁切成片材，其尺寸为：100×100mm；起到粗过滤作用，用来过滤空气中10μm及以上的较大颗粒的灰尘。

第三步：制备不锈钢护网外层  采用的是50目304不锈钢丝网，钢丝直径在0.3mm；裁成尺寸为：100×100mm大小待用。

第四步：过滤材料的组装  将制备好的涂覆有纳米活性碳的纳米聚丙烯腈纤维无纺布置于两层涤纶纤维毡之间；再将裁好的不锈钢护层置于涤纶纤维毡两侧，五层材料压紧后，在四个角上用螺栓固定。

Claims (1)

1.一种空气净化用过滤材料的制备方法，其特征在于：其为多层复合结构，由中心层及对称设置的涤纶纤维毡中间层、不锈钢护网外层构成，所述中心层厚度是15-50mm，其是由经纳米活性炭颗粒涂覆的纳米聚丙烯腈（PAN）纤维无纺布层叠加构成，其中的纳米PAN纤维直径为150-200纳米，纳米活性炭颗粒直径为30-50nm；涤纶纤维毡中间层厚度10-25mm，不锈钢护网外层为保护层，五层材料压紧后由螺栓固定；其包括以下步骤：

首先制备纳米聚丙烯腈纤维无纺布中心层，将聚丙烯腈颗粒溶于N-N二甲基甲酰胺（DMF）中，配成质量百分数为12-16%的聚丙烯腈溶液，进而将配好的聚丙烯腈溶液注入到多喷头静电纺丝设备中，制备出均匀的白色纳米聚丙烯腈纤维无纺布，其中的聚丙烯腈纤维直径150-200nm，一层聚丙烯腈纤维无纺布的厚度为3-5mm；而后将制备好的纳米纤维无纺布裁切成片材；将纳米活性炭颗粒分散到聚乙烯醇水溶液中，所述纳米活性炭颗粒的直径为30-50nm，溶液中聚乙烯醇质量含量为2%，其余为水，雾化后喷洒到纳米聚丙烯腈纤维无纺布表面；活性炭涂覆量为每平米厚度为3-5mm的单层纳米聚丙烯腈纤维无纺布涂覆有35-45g活性炭；5-10层所述纳米聚丙烯腈纤维无纺布叠加起来组成纳米聚丙烯腈纤维无纺布中心层；

第二步：制备涤纶纤维毡中间层  采用纤维直径8-22μm涤纶纤维，中间层厚度为10-25mm，裁切成片材；

第三步：制备不锈钢护网外层  采用的是26-50目304不锈钢丝网，钢丝直径在0.05-0.3mm；

第四步：过滤材料的组装  将制备好的涂覆有纳米活性碳的纳米聚丙烯腈纤维无纺布置于两层涤纶纤维毡之间；再将裁好的不锈钢护层置于涤纶纤维毡两侧，五层材料压紧后，在四个角上用螺栓固定。