一种用于过滤PM2.5的三维纳米纤维膜的制备方法技术

一种用于过滤PM2.5的三维纳米纤维膜的制备方法，将聚甲基丙烯酸甲酯粉末溶解于有机溶剂中形成纺丝液；将纺丝液加入到储液罐中，并在接收电极板上附上一层无纺布，并控制所述接收电极板到发射极的距离为16～18cm；在发射极上施加32‑35kv的正电压，并在接收电极板施加‑20V～‑30V的第一负电压。并控制流速为1.6～1.8ml/h，温度为35～38℃、相对湿度为25％～35％，进行静电纺丝10～15min；保持所述正电压、流速、温度及湿度不变，在接收电极板施加‑35V～‑40V的第二负电压，进行静电纺丝10～15min获得所述三维纳米纤维膜。该产品呈蓬松的立体纤维结构，有助于实现高效过滤。

【技术实现步骤摘要】
一种用于过滤PM2.5的三维纳米纤维膜的制备方法
本专利技术涉及新材料
，且特别涉及一种用于过滤PM2.5的三维纳米纤维膜的制备方法。
技术介绍
空气细颗粒物(PM2.5)是指空气动力学当量直径小于或等于2.5μm的颗粒物。细颗粒物粒径小，在大气中的停留时间长、输送距离远，且可含大量有毒、有害物质，对人体健康危害巨大。细颗粒物直径越小，进入呼吸道的部位越深，10μm直径的颗粒物通常沉积在上呼吸道，而2μm以下的细颗粒物则可深入到细支气管和肺泡。进入肺泡后的细颗粒物将直接影响肺的通气功能。因此，生产PM2.5过滤膜具有重要意义。传统过滤材料由纳米纤维膜组成，纳米纤维膜一般都是平面结构，只能对小范围粒径(如粒径为2.5μm左右的颗粒)的PM2.5进行过滤，难以对大范围粒径，如粒径为0.1μm～10μm的PM2.5都进行有效过滤进行过滤。静电纺丝是一种特殊的纤维制造工艺，聚合物溶液或熔体在强电场中进行喷射纺丝。在电场作用下，针头处的液滴会由球形变为圆锥形(即“泰勒锥”)，并从圆锥尖端延展得到纤维细丝。这种方式可以生产出纳米级直径的聚合物细丝。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于过滤PM2.5的三维纳米纤维膜的制备方法，此制备方法简单，易于操作，能够构建立体多层次纳米纤维膜结构，有效提高对PM2.5的过滤性能。本专利技术解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。本专利技术提出一种用于过滤PM2.5的三维纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：S1，将聚甲基丙烯酸甲酯粉末溶解于易挥发的有机溶剂中形成纺丝液，其中，所述聚甲基丙烯酸甲酯的质量分数为17％～19％；S2，将所述纺丝液加入到储液罐中，并在接收电极板上附上一层无纺布，并控制所述接收电极板到发射极的距离为16～18cm；S3，在所述发射极上施加32-35kv的正电压，并在所述接收电极板施加第一负电压，其中，所述第一负电压为-20V～-30V，并控制流速为1.6～1.8ml/h，温度为35～38℃、相对湿度为25％～35％，进行静电纺丝10～15min；以及S4，保持所述正电压、流速、温度及湿度不变，在所述接收电极板施加第二负电压，其中，所述第二负电压为-35V～-40V，进行静电纺丝10～15min获得所述三维纳米纤维膜。本专利技术实施例的用于过滤PM2.5的三维纳米纤维膜的制备方法有益效果是：由于射流将携带走聚集于发射电极处的自由电荷，电荷随着射流朝接收电极板迁移，并将在接收电极板上累积。由于纳米纤维膜与接收电极板导电率的限制，纳米纤维膜表面将产生残余电荷积累。纺丝射流上携带有自由电荷。接收电极板上的残余电荷会对带电射流产生一个电荷排斥作用，从而驱使纺丝射流发生偏移，出现螺旋弯曲等不稳定现象，改变了运动轨迹。本专利技术通过在接收电极板上施加适宜大小的负电压，并调控接收电极板到发射极距离、流速、温度、相对湿度等相关参数的大小，从而使得接收电极板对带电射流产生适中的排斥力，既可避免后续纤维被排斥而无法累加沉积，又可保持相对适中的排斥力避免了团聚，从而有利于获得蓬松的三维纳米纤维膜结构。且本专利技术根据接收电极板上残余电荷的积累过程，在接收电极板上施加大小不同的第一负电压和第二负电压，有效调控排斥力的大小，更好获得能够形成多层次膜结构的立体纤维膜，有助于实现高效过滤。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。下面对本专利技术实施例的一种用于过滤PM2.5的三维纳米纤维膜进行具体说明。本专利技术实施例提供的一种用于过滤PM2.5的三维纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：S1，将聚甲基丙烯酸甲酯粉末溶解于易挥发的有机溶剂中形成纺丝液，其中，所述聚甲基丙烯酸甲酯的质量分数为17％～19％；S2，将所述纺丝液加入到储液罐中，并在接收电极板上附上一层无纺布，并控制所述接收电极板到发射极的距离为16～18cm；S3，在所述发射极上施加32-35kV的正电压，并在所述接收电极板施加第一负电压，其中，所述第一负电压为-20V～-30V，并控制流速为1.6～1.8ml/h，温度为35～38℃、相对湿度为25％～35％，进行静电纺丝10～15min；以及S4，保持所述正电压、流速、温度及湿度不变，在所述接收电极板施加第二负电压，其中，所述第二负电压为-35V～-40V，进行静电纺丝10～15min获得所述三维纳米纤维膜。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，所述易挥发的有机溶剂选自四氯化碳、苯、甲苯二氯乙烷、三氯甲烷、冰醋酸、乙酸乙酯、醋酸乙烯酯中的一种或多种。进一步优选地，有机溶剂选自冰醋酸、乙酸乙酯或醋酸乙烯酯，更为安全环保。进一步地，步骤S3中，正电压为34kV，第一负电压为-28V。电压的选择是纳米纤维成型控制的主要参数，采用34kV的正电压时，能够使得纺丝射流喷射的速度适宜，纤维落于收集板上的速度达到104m/s左右，纳米纤维的直径小于100nm。采用-28V的负电压，可以有效增强收集电极板表面的电场强度，同时几乎不影响发射极处的电场强度，保证纺丝射流的顺利喷射。进一步地，步骤S3，流速为1.7ml/h，温度为36℃、相对湿度为30％。在适宜的流速下，温度较高，相对湿度较低，能够使得聚合物纺丝的有机溶剂迅速挥发。进一步地，步骤S3中，静电纺丝12min后进入步骤S4，调控第二负电压为-38V。在纺丝一段时间后，接收电极板上的残余电荷累计变多，进一步调控接收电极板的电压值，有效调控接受电极板对接收电极板对带电射流的排斥作用力，更好实现纳米纤维的逐层叠加沉积。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，在步骤S1中，所述纺丝液中还加入改性成分，所述改性成分包括质量比为1:0.2～0.5的壳聚糖季铵盐和单宁酸的混合物。进一步地，壳聚糖季铵盐为季铵根取代度为40％～80％的环氧丙基三甲基氯化铵壳聚糖季铵盐或季铵根取代度为40％～80％的N,N,N-三甲基壳聚糖季铵盐。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，所述改性成分按以下步骤制备：将单宁酸溶解在水中，配置成0.5～1g/L的单宁酸水溶液中，然后将一定质量的壳聚糖季铵盐加入到所述单宁酸水溶液中，升温至40～50℃，搅拌反应3～5min后，过滤、洗涤、冷冻干燥得到所述改性成分。该条件下，单宁酸和壳聚糖季铵盐能够形成良好的交联作用。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，步骤S1中，先将所述改性成分分散于所述有机溶剂中，再加入所述聚甲基丙烯酸甲酯粉末，微波反应2min后，超声处理20～30min得到所述纺丝液。先进行微波反应再超声分散，能够使得改性成分对聚甲基丙烯酸甲酯形成良好的包覆效果，得到核壳结构的纺丝液。进一步的，改性成分和聚甲基丙烯酸甲酯粉末的质量比为2～8:100。壳聚糖是一种结构多糖，是地球上可利用的巨大自然资源，壳聚糖的年产量巨大，仅次于纤维素。壳聚糖季铵盐的水溶性好，且具有非常明显的杀菌作用，能够与纤维素通过氢键结合，使得聚合物纤维能够与无纺布形成良好的结合。此外，壳聚糖分子能够和单宁酸发生交联反应，在壳聚糖分子中引入了单宁酸的多酚羟基和羧基，改善壳聚糖本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于过滤PM2.5的三维纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，将聚甲基丙烯酸甲酯粉末溶解于易挥发的有机溶剂中形成纺丝液，其中，所述聚甲基丙烯酸甲酯的质量分数为17％～19％；S2，将所述纺丝液加入到储液罐中，并在接收电极板上附上一层无纺布，并控制所述接收电极板到发射极的距离为16～18cm；S3，在所述发射极上施加32‑35kv的正电压，并在所述接收电极板施加第一负电压，其中，所述第一负电压为‑20V～‑30V，并控制流速为1.6～1.8ml/h，温度为35～38℃、相对湿度为25％～35％，进行静电纺丝10～15min；以及S4，保持所述正电压、流速、温度及湿度不变，在所述接收电极板施加第二负电压，其中，所述第二负电压为‑35V～‑40V，进行静电纺丝10～15min获得所述三维纳米纤维膜。

【技术特征摘要】
1.一种用于过滤PM2.5的三维纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，将聚甲基丙烯酸甲酯粉末溶解于易挥发的有机溶剂中形成纺丝液，其中，所述聚甲基丙烯酸甲酯的质量分数为17％～19％；S2，将所述纺丝液加入到储液罐中，并在接收电极板上附上一层无纺布，并控制所述接收电极板到发射极的距离为16～18cm；S3，在所述发射极上施加32-35kv的正电压，并在所述接收电极板施加第一负电压，其中，所述第一负电压为-20V～-30V，并控制流速为1.6～1.8ml/h，温度为35～38℃、相对湿度为25％～35％，进行静电纺丝10～15min；以及S4，保持所述正电压、流速、温度及湿度不变，在所述接收电极板施加第二负电压，其中，所述第二负电压为-35V～-40V，进行静电纺丝10～15min获得所述三维纳米纤维膜。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述易挥发的有机溶剂选自四氯化碳、苯、甲苯二氯乙烷、三氯甲烷、冰醋酸、乙酸乙酯、醋酸乙烯酯中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述纺丝液中还加入改性成分，所述改性成分包括质量比为1:0.2～0.5的壳聚糖季铵盐和单宁...

【专利技术属性】
技术研发人员：李旺龙，
申请(专利权)人：平潭诚信智创科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35