复合纳米光触媒电纺纤维滤材及其制备方法技术

复合纳米光触媒电纺纤维滤材及其制备方法，涉及纤维滤材。所述复合纳米光触媒电纺纤维滤材设有载体，在载体上披覆一层光触媒纤维。制备方法：1)将聚丙烯腈与二甲基乙酰胺混合，加热，制得高分子溶液；2)将步骤1)制得的高分子溶液与二氧化钛溶液混合，加热，制得光触媒组合物溶液；3)将步骤2)制得的光触媒组合物溶液置入设于自动进样装置的注射器中，经静电纺丝装置喷出含钛光触媒纤维；4)将聚对苯二甲酸纤维置于收集器上，将光触媒组合物溶液直接电纺在聚对苯二甲酸纤维上，再叠合上一层聚对苯二甲酸纤维，形成三明治夹层的结构，再热压，即得复合纳米光触媒电纺纤维滤材。有助于增加颗粒物过滤效果及提升对挥发性有机物的处理能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及纤维滤材，尤其是涉及一种可同时处理挥发性有机物与颗粒物的复合纳米光触媒电纺纤维滤材及其制备方法。
技术介绍
现今流行病学的研究已指出空气污染与呼吸、心血管疾病和肺癌等慢性病的正相关，纳米颗粒物能够直接进入肺泡并被巨噬细胞吞噬，可以永远停留在肺泡里，不是单纯对呼吸系统，而且对心血管及对神经系统等都会有影响。若颗粒通过支气管和肺泡进入血液，其中的有害气体、重金属等溶解在血液中，对人体健康的伤害更大。而挥发性有机物(VOCs)对于健康危害效应方面，易导致轻微中枢神经受损，高浓度蒸汽可能引起头痛、恶心、头晕、嗜睡、动作不协调和精神混淆及刺激眼睛等。VOCs的处理技术有吸收法、活性碳吸附法、冷凝法、热焚化法、生物处理法和光催化氧化法等，这些方法存在一些问题，如低去除效率和高成本的缺点，其中光催化法具有节能、无毒、制备容易、价格低廉及设备空间小等优点而备受瞩目。而常见颗粒物之分离技术如静电集尘法、旋风集尘法、湿式洗涤法及过滤法等，过滤法具有价格低廉、设备空间小等优点，是去除空气中颗粒物最常采用的方法之一，应用领域广泛，包括呼吸防护、废水净化及洁净室等。由于纤维过滤器结构简单、成本低，为最常使用的空气净化方法。一般纤维过滤器使用纤维滤材进行颗粒物处理，纤维滤材可分为传统的纤维滤材与纳米纤维。传统纤维滤材(例如玻璃纤维、熔喷纤维和纺粘纤维)纤维尺寸与孔径大小直径过大，且堆积密度难以控制。而纳米纤维具有大表面积、小孔径和高孔隙率等特点，适用于纳米颗粒物过滤。纳米纤维制造的方法有模板合成、相分离的分离、熔喷法及静电纺丝等等，使用静电纺丝技术可制得次微米到纳米尺寸的纤维，且操作简单、易进行各种材质纤维制作，该技术已成功应用在各领域，如催化、组织工程支架、过滤、海水淡化、环境工程及生物医学等领域，电纺纤维可适用于任何形状之反应器，方便组装、更换，并有研究指出静电纺丝技术所研制奈米纤维具有高孔隙率与高表面附着，易藉由拦截与吸附作用进行次微米到纳米颗粒物处理。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种复合纳米光触媒电纺纤维滤材及其制备方法。所述复合纳米光触媒电纺纤维滤材设有载体，在载体上披覆一层光触媒纤维。所述载体可采用微米聚对苯二甲酸纤维。所述光触媒纤维是指由聚丙烯腈与二氧化钛以二甲基乙酰胺溶解而成的混合高分子溶液，再通过静电纺丝装置制备而成。所述复合纳米光触媒电纺纤维滤材的制备方法，包括以下步骤：1)将聚丙烯腈与二甲基乙酰胺混合，加热，制得高分子溶液；2)将步骤1)制得的高分子溶液与二氧化钛溶液混合，加热，制得光触媒组合物溶液；3)将步骤2)制得的光触媒组合物溶液置入设于自动进样装置的注射器中，经静电纺丝装置喷出含钛光触媒纤维；4)将聚对苯二甲酸纤维置于收集器上，将光触媒组合物溶液直接电纺在聚对苯二甲酸纤维上，再叠合上一层聚对苯二甲酸纤维，形成三明治夹层的结构，再热压，即得复合纳米光触媒电纺纤维滤材。在步骤1)中，所述加热的温度可为70～80℃，加热的时间可为6～7h；制得的高分子溶液的质量百分浓度可为6％。在步骤2)中，所述加热的温度可为40～50℃，加热的时间可为1～2h。在步骤3)中，所述自动进样装置的进样速度可为0.8～1.0mL/h，电压可为13～16kV；所述静电纺丝装置的旋转接受器转速可为100～110r/min，收集距离可为10～15cm。在步骤4)中，所述热压的温度可为80℃。本专利技术提供一种可同时处理挥发性有机物与颗粒物的光触媒电纺纤维滤材，添加基体PET纤维，二氧化钛可增加光触媒复合材料的表面积及孔隙率，达到增加复合纤维滤材与污染物的接触面积以及提升对VOCs处理能力的目的，并同时降低空气中颗粒物。本专利技术将商业用二氧化钛与高分子聚丙烯腈制成二氧化钛聚丙烯腈纤维(Titanium dioxide polyacrylonitrile fibers,TPF)，并将其负载于聚对苯二甲酸纤维(Polyethylene terephthalate,PET)上，形成复合材料。所添加二氧化钛可增加纤维表面的带电性，作为光催化反应的触媒，加之基体PET纤维的存在，使该滤材具有更低的穿透效率，改善滤材的过滤质量，达到同时处理空气中挥发性有机物及颗粒物的目的。本专利技术利用静电纺丝技术将含钛光触媒与高分子材料结合制成光触媒纤维，并将其置于聚对苯二甲酸纤维载体上，由此改善传统过滤器的穿透率与压损，同时二氧化钛可增强纤维膜的比表面积，也作为光催化反应的触媒将挥发性有机物氧化，形成可同时处理挥发性有机物与颗粒物的光触媒电纺纤维滤材。本专利技术通过对所研制的复合纤维滤材进行特性分析、光催化效率及过滤质量的评估，可知添加比例为2％的复合光触媒纤维滤材，对挥发性有机物降解效率可达90％以上，对颗粒物的过滤穿透率可低于1.9％。经实验证明，添加二氧化钛及聚对苯二甲酸纤维载体的复合纤维滤材有助于增加颗粒物过滤效果及提升对挥发性有机物的处理能力。附图说明图1是本专利技术光触媒电纺纤维滤材的3D示意图；图2是本专利技术二氧化钛聚丙烯腈光触媒纤维的扫面电子显微镜及元素能谱分布图；图3是本专利技术光触媒电纺纤维滤材的扫面电子显微镜图；图4是本专利技术聚丙烯腈纤维、二氧化钛及电纺纤维复合滤材的X射线衍射扫描图；图5是本专利技术单独处理丙酮及同时处理丙酮与颗粒物的降解效率图；图6是本专利技术单独处理丙酮及同时处理丙酮与颗粒物的穿透效率图。具体实施方式以下实施例将结合附图对本专利技术作进一步的说明。所述复合纳米光触媒电纺纤维滤材设有载体，在载体上披覆一层光触媒纤维。所述载体可采用微米聚对苯二甲酸纤维。所述光触媒纤维是指由聚丙烯腈与二氧化钛以二甲基乙酰胺溶解而成的混合高分子溶液，再通过静电纺丝装置制备而成。所述复合纳米光触媒电纺纤维滤材的制备方法，包括以下步骤：1)将聚丙烯腈与二甲基乙酰胺混合，加热，制得高分子溶液；所述加热的温度可为70～80℃，加热的时间可为6～7h；制得的高分子溶液的质量百分浓度可为6％。优选加热的温度为80℃，加热的时间为6h。2)将步骤1)制得的高分子溶液与二氧化钛溶液混合，加热，制得光触媒组合物溶液；所述加热的温度可为40～50℃，加热的时间可为1～2h。优选所述加热的温度为40℃，加热的时间为2h。3)将步骤2)制得的光触媒组合物溶液置入设于自动进样装置的注射器中，经静电纺丝装置喷出含钛光触媒纤维；所述自动进样装置的进样速度可为0.8～1.0mL/h，电压可为13～16kV；所述静电纺丝装置的旋转接受器转速可为100～110r/min，收集距离可为10～15cm。优选进样速度1.0mL/h，电压15kV，旋转接受器转速100r/min，收集距离15cm。4)将聚对苯二甲酸纤维置于收集器上，将光触媒组合物溶液直接电纺在聚对苯二甲酸纤维上，再叠合上一层聚对苯二甲酸纤维，形成三明治夹层的结构，再热压，即得复合纳米光触媒电纺纤维滤材。所述热压的温度可为80℃。本专利技术采用丙酮废气处理装置，该装置主要分为丙酮产生装置、光催化反应器以及气体分析装置等三大部份，首先，先以丙酮钢瓶与空气钢瓶产生混合气体，并通过流量计调整丙酮浓度，将丙酮浓度调整至实验所需浓度值，同样以流量计控制通入光催化反应器之流量，并以手持式VOCs光离子化检测器(Photoioni本文档来自技高网...

【技术保护点】
复合纳米光触媒电纺纤维滤材，其特征在于设有载体，在载体上披覆一层光触媒纤维。

【技术特征摘要】
1.复合纳米光触媒电纺纤维滤材，其特征在于设有载体，在载体上披覆一层光触媒纤维。2.如权利要求1所述复合纳米光触媒电纺纤维滤材，其特征在于所述载体为微米聚对苯二甲酸纤维。3.如权利要求1所述复合纳米光触媒电纺纤维滤材，其特征在于所述光触媒纤维由聚丙烯腈与二氧化钛以二甲基乙酰胺溶解而成的混合高分子溶液，再通过静电纺丝装置制备而成。4.如权利要求1所述复合纳米光触媒电纺纤维滤材的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1)将聚丙烯腈与二甲基乙酰胺混合，加热，制得高分子溶液；2)将步骤1)制得的高分子溶液与二氧化钛溶液混合，加热，制得光触媒组合物溶液；3)将步骤2)制得的光触媒组合物溶液置入设于自动进样装置的注射器中，经静电纺丝装置喷出含钛光触媒纤维；4)将聚对苯二甲酸纤维置于收集器上，将光触媒组合物溶液直接电纺在聚对苯二甲酸纤维上，再叠合上一层聚对苯二甲酸纤维，...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟喜生，张章堂，杨采瑜，刘芳，
申请(专利权)人：爱芯环保科技厦门股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35