一种铁酸铋纳米混晶/PET复合纳米纤维驻极体空气过滤材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铁酸铋纳米混晶/PET复合纳米纤维驻极体空气过滤材料及其制备方法，具有长效驻极效果的非织造空气过滤材料及其制备方法，采用水热反应通过调控反应时间一步合成了铁酸铋纳米混晶。通过将铁酸铋纳米混晶与PET共混，采用静电纺丝方法与驻极处理工艺制得的铁酸铋纳米混晶/PET复合纳米纤维驻极体过滤材料，具有重量轻、渗透性好、比表面积大、孔隙率高等特点，拥有优异的空气过滤性能的同时具有一定的可降解性，对环境友好。对环境友好。

【技术实现步骤摘要】
一种铁酸铋纳米混晶/PET复合纳米纤维驻极体空气过滤材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于空气过滤
，具体涉及一种铁酸铋纳米混晶/PET复合纳米纤维驻极体空气过滤材料及其制备方法，具有长效驻极效果的非织造空气过滤材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着工业化进程，人类的经济发展与居民的生活水平取得了显著进步，然而由此带来的环境问题也日益严重。大气污染问题成为了全人类共同关注的问题，空气中的粉尘、细菌、病毒和微生物等物质的存在严重影响了环境质量，对人们的身体健康也产生了不良影响。为了保障人们的生活与工作安全，个体防护口罩、空气净化器等空气过滤装置在众多领域得到了广泛应用。非织造材料因其优异的过滤性能，被广泛应用于工业、医疗、卫生等领域。为了提高过滤性能，驻极工艺被用于非织造过滤材料的后处理，使过滤材料带有静电荷。与传统过滤材料相比，除了依靠布朗运动、惯性碰撞、重力沉积以及截留等机械过滤机理来实现对颗粒物的过滤外，驻极体过滤材料还可以依靠静电吸引和静电诱导作用实现对更小粒径颗粒物的有效捕集，因而具有更高的过滤效果。
[0003]非织造过滤材料通常为聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚四氟乙烯（PTFE）等高分子纤维，其自身极化强度很弱，难以在自身表面形成长效的静电荷，通常需要在过滤材料中加入电气石、二氧化硅、磷酸锆等无机材料，通过纺丝等工艺制成复合过滤材料，再经驻极工艺处理得到驻极体过滤材料。由于空气中存在水分子、带电颗粒等极性物质，会对驻极体过滤材料的表面电荷产生补偿效应，造成电荷的大量损失，引起过滤性能的下降。张杰等报道含有纳米电气石的PP熔喷非织造过滤材料经驻极处理后，24h后，表面电压衰减了约50%。可见如何减缓表面电荷在大气环境中的损失获得长效的驻极效果，对于驻极体过滤材料具有重要的价值。此外，由于过滤材料PP、PE、PTFE等都是非生物降解材料，大量一次性口罩、滤材的使用，会进一步加剧环境污染问题。
[0004]
技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于提供一种铁酸铋纳米混晶/PET复合纳米纤维驻极体空气过滤材料，具有长效驻极效果的非织造空气过滤材料。
[0006]本专利技术的再一目的在于：提供一种上述铁酸铋纳米混晶/PET复合纳米纤维驻极体空气过滤材料的制备方法。
[0007]本专利技术目的通过以下述方案实现：一种铁酸铋纳米混晶/PET复合纳米纤维驻极体空气过滤材料，所述驻极体空气过滤材料由铁酸铋纳米混晶与PET纳米纤维构成，铁酸铋纳米混晶与PET纳米纤维的质量比为（2.0
‑
9.0）：100.0。
[0008]所述铁酸铋纳米混晶是BiFeO3与Bi
25
FeO
40
的混合物，BiFeO3与Bi
25
FeO
40
的质量比
为1.0:（0.5
‑
2.0）。
[0009]本专利技术提供一种铁酸铋纳米混晶/PET复合纳米纤维驻极体空气过滤材料的制备方法，步骤如下：（1）向55.0
‑
65.0重量份的去离子水中加入3.0
‑
5.0重量份的Fe(NO3)3.9H2O和3.0
‑
5.0重量份的Bi(NO3)3.5H2O，搅拌均匀后，强烈搅拌下逐滴加入25.0
‑
40.0重量份的25 wt% KOH溶液。继续搅拌30
‑
60 min后，将得到的黄色混合液转移至水热反应釜中，在150
‑
170 ℃条件下反应30
‑
36 h。反应结束后自然冷却至室温，过滤得到固体物质，使用乙醇和去离子水重复洗涤3次，置于60
‑
80 ℃烘箱中干燥10
‑
12 h，回收得到铁酸铋纳米混晶；（2）将步骤（1）制得的铁酸铋纳米混晶加入三氟甲酸与二氯甲烷的混合溶液中，经磁力搅拌后，再使用超声波进行30
‑
60 min的超声分散处理，得到铁酸铋纳米混晶分散液；（3）称取一定量的PET母粒加入步骤（2）制得的铁酸铋纳米混晶分散液中，水浴加热至60
‑
80 ℃，剧烈搅拌12
‑
24 h至PET母粒完全溶解，得到混合溶液
①
；（4）将步骤（3）得到的混合溶液
①
进行静电纺丝，静电纺丝装置的工作条件为：高压发生器的电压为10
‑
40 kV；喷嘴到所述接收基布的距离为10
‑
20 cm；喷嘴口径为0.1
‑
3.0 mm；纺丝液流量为0.5
‑
3.0 mL/h；接收时间为5
‑
15 min，得到铁酸铋纳米混晶/PET复合纳米纤维；（5）将步骤（4）得到的铁酸铋纳米混晶/PET复合纳米纤维进行电晕充电驻极处理，电压为
‑
10 kV至
‑
20 kV，上下电极间距为1
‑
3 cm，充电时间为3
‑
6 min，最终得到铁酸铋纳米混晶/PET复合纳米纤维驻极体空气过滤材料。
[0010]所述步骤（1）中Fe(NO3)3.9H2O和Bi(NO3)3.5H2O的物质摩尔比为1:1。
[0011]所述步骤（2）中铁酸铋纳米混晶分散液中铁酸铋纳米混晶的质量分数为0.5
‑
1.0 wt%。
[0012]所述步骤（2）中三氟甲酸与二氯甲烷的质量比为1:9。
[0013]所述步骤（3）中PET母粒与铁酸铋纳米混晶分散液的质量比为1：(4
‑
9)。
[0014]所述步骤（4）铁酸铋纳米混晶/PET复合纳米纤维的直径为0.2
‑
0.6 μm。
[0015]三方晶系的钙钛矿结构BiFeO3具有铁电性，容易自发极化，有利于驻极处理过程中复合纳米纤维形成表面电荷且具有长效稳定性；体心立方晶系的软铋矿结构Bi
25
FeO
40
作为一种窄带半导体，具有高的可见光催化活性，有助于PET纤维自然条件下的降解。通过将铁酸铋纳米混晶与PET共混，采用静电纺丝方法与驻极处理工艺制得的铁酸铋纳米混晶/PET复合纳米纤维驻极体过滤材料，具有重量轻、渗透性好、比表面积大、孔隙率高等特点，拥有优异的空气过滤性能的同时具有一定的可降解性，对环境友好。
[0016]与现有的驻极体空气过滤材料及其制备方法相比，本专利技术具有如下优点：1.本专利技术采用水热反应通过调控反应时间一步合成了铁酸铋纳米混晶。其中，BiFeO3为三方晶系的钙钛矿结构，具有铁电性，容易自发极化，有利于驻极处理过程中复合纳米纤维形成表面电荷且具有长效稳定性；Bi
25
FeO
40
为体心立方晶系的软铋矿结构，是一种窄带半导体，具有高的可见光催化活性，有助于PET纤维自然条件下的降解。
[0017]2.本专利技术将铁酸铋纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铁酸铋纳米混晶/PET复合纳米纤维驻极体空气过滤材料，其特征在于，所述驻极体空气过滤材料由铁酸铋纳米混晶与PET纳米纤维构成，铁酸铋纳米混晶与PET纳米纤维的质量比为（2.0
‑
9.0）：100.0；所述铁酸铋纳米混晶是BiFeO3与Bi
25
FeO
40
的混合物，BiFeO3与Bi
25
FeO
40
的质量比为1.0:（0.5
‑
2.0）。2.一种根据权利要求1所述的铁酸铋纳米混晶/PET复合纳米纤维驻极体空气过滤材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：（1）向55.0
‑
65.0重量份的去离子水中加入3.0
‑
5.0重量份的Fe(NO3)3.9H2O和3.0
‑
5.0重量份的Bi(NO3)3.5H2O，搅拌均匀后，强烈搅拌下逐滴加入25.0
‑
40.0重量份的25 wt% KOH溶液；继续搅拌30
‑
60 min后，将得到的黄色混合液转移至水热反应釜中，在150
‑
170℃条件下反应30
‑
36 h；反应结束后自然冷却至室温，过滤得到固体物质，使用乙醇和去离子水重复洗涤3次，置于60
‑
80℃烘箱中干燥10
‑
12 h，回收得到铁酸铋纳米混晶；（2）将步骤（1）制得的铁酸铋纳米混晶加入三氟甲酸与二氯甲烷的混合溶液中，经磁力搅拌后，再使用超声波进行30
‑
60 min的超声分散处理，得到铁酸铋纳米混晶分散液；（3）称取一定量的PET母粒加入步骤（2）制得的铁酸铋纳米混晶分散液中，水浴加热至60
‑
80 ℃，剧烈搅拌12
‑
24 h至PET母粒完全溶解，得到混合溶液
①
；（4）将步骤（3）得到的混合溶液
①
进行静电纺丝，静电纺丝装置的工作条件为：高压发生器的电压为10
‑
40 kV；喷嘴到所述接收基布的距离为10
‑
20 cm；喷嘴口径为0.1
‑
3.0 mm；纺丝液流量为0.5
‑
3.0 mL/h；接收时间为5
‑
15 min，得到铁酸铋纳米混晶/PET复合纳米纤维；（5）将步骤（4）得到的铁酸铋纳米混晶/PET复合纳米纤维进行电晕充电驻极处理，电压为
‑
10 kV至
‑
20 kV，上下电极间距为1
‑
3 cm，充电时间为3
‑
6 min，最终得到铁酸铋纳米混晶/PET复合纳米纤维驻极体空气过滤材料。3.根据权利要求2所述铁酸铋纳米混晶/PET复合纳米纤维驻极体空气过滤材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中Fe(NO3)3.9H2O和Bi(NO3)3.5H2O的物质摩尔比为1:1。4.根据权利要求2所述铁酸铋纳米混晶/PET复合纳米纤维驻极体空气过滤材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，铁酸铋纳米混晶分散液中铁酸铋纳米混晶的质量分数为0.5
‑
1.0 wt%。5.根据权利要求2所述铁酸铋纳米混晶/PET复合纳米纤维驻极体空气过滤材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中三氟甲酸与二氯甲烷的质量比为1:9。6.根据权利要求2所述铁酸铋纳米混晶/PET复合纳米纤维驻极体空气过滤材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中PET母粒与铁酸铋纳米混晶分散液的质量比为1：(4
‑
9)。7.根据权利要求2所述铁酸铋纳米混晶/PET复合纳米纤维驻极体空气过滤材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）铁酸铋纳米混晶/PET复合纳米纤维的直径为0.2
‑
0.6 μm。8.根据权利要求2到7任一项所述铁酸铋纳米混晶/PET复合纳米纤维驻极体空气过滤材料的制备方法，其特征在于，按以下步骤制备：（1）向55.0重量份的去离子水中加入3.0重量份的Fe(NO3)3.9H2O和3.6重量份的Bi(NO3)3.5H2O，使Fe(NO3)3.9H2O与Bi(NO3)3.5H2O的摩尔比为1:1，搅拌均匀后，强烈搅拌下逐滴加入38.4重量份的25 wt% KOH溶液；继续搅拌30min后，将得到的黄色混合液转移至水热
反应釜中，在150℃条件下反应36 h；反应结束后自然冷却至室温，过滤得到固体物质，使用乙醇和去离子水重复洗涤3次，置于60℃烘箱中干燥12 h，回收得到铁酸铋纳米混晶，制备的铁酸铋纳米混晶为BiFeO3与Bi
25
FeO
40
的混合物，BiFeO3与Bi
25
FeO
40
的质量比为1.0:0.6；（2）将步骤（1）制得的0.50重量份铁酸铋纳米混晶加入9.95重量份的三氟甲酸与二氯甲烷的混合溶液中，经磁力搅拌后，再使用超声波进行30min的超声分散处理，得到0.5 wt%铁酸铋纳米混晶分散液；（3）称取20.0重量份的PET母粒加入80.0重量份步骤（2）制得的...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔大祥，陈义军，林琳，吴晓燕，陈超，
申请(专利权)人：上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：