復合納米光觸媒電紡纖維濾材及其制備方法技術

復合納米光觸媒電紡纖維濾材及其制備方法，涉及纖維濾材。所述復合納米光觸媒電紡纖維濾材設有載體，在載體上披覆一層光觸媒纖維。制備方法：1)將聚丙烯腈與二甲基乙酰胺混合，加熱，制得高分子溶液；2)將步驟1)制得的高分子溶液與二氧化鈦溶液混合，加熱，制得光觸媒組合物溶液；3)將步驟2)制得的光觸媒組合物溶液置入設于自動進樣裝置的注射器中，經靜電紡絲裝置噴出含鈦光觸媒纖維；4)將聚對苯二甲酸纖維置于收集器上，將光觸媒組合物溶液直接電紡在聚對苯二甲酸纖維上，再疊合上一層聚對苯二甲酸纖維，形成三明治夾層的結構，再熱壓，即得復合納米光觸媒電紡纖維濾材。有助于增加顆粒物過濾效果及提升對揮發性有機物的處理能力。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及纖維濾材，尤其是涉及一種可同時處理揮發性有機物與顆粒物的復合納米光觸媒電紡纖維濾材及其制備方法。
技術介紹
現今流行病學的研究已指出空氣污染與呼吸、心血管疾病和肺癌等慢性病的正相關，納米顆粒物能夠直接進入肺泡并被巨噬細胞吞噬，可以永遠停留在肺泡里，不是單純對呼吸系統，而且對心血管及對神經系統等都會有影響。若顆粒通過支氣管和肺泡進入血液，其中的有害氣體、重金屬等溶解在血液中，對人體健康的傷害更大。而揮發性有機物(VOCs)對于健康危害效應方面，易導致輕微中樞神經受損，高濃度蒸汽可能引起頭痛、惡心、頭暈、嗜睡、動作不協調和精神混淆及刺激眼睛等。VOCs的處理技術有吸收法、活性碳吸附法、冷凝法、熱焚化法、生物處理法和光催化氧化法等，這些方法存在一些問題，如低去除效率和高成本的缺點，其中光催化法具有節能、無毒、制備容易、價格低廉及設備空間小等優點而備受矚目。而常見顆粒物之分離技術如靜電集塵法、旋風集塵法、濕式洗滌法及過濾法等，過濾法具有價格低廉、設備空間小等優點，是去除空氣中顆粒物最常采用的方法之一，應用領域廣泛，包括呼吸防護、廢水凈化及潔凈室等。由于纖維過濾器結構簡單、成本低，為最常使用的空氣凈化方法。一般纖維過濾器使用纖維濾材進行顆粒物處理，纖維濾材可分為傳統的纖維濾材與納米纖維。傳統纖維濾材(例如玻璃纖維、熔噴纖維和紡粘纖維)纖維尺寸與孔徑大小直徑過大，且堆積密度難以控制。而納米纖維具有大表面積、小孔徑和高孔隙率等特點，適用于納米顆粒物過濾。納米纖維制造的方法有模板合成、相分離的分離、熔噴法及靜電紡絲等等，使用靜電紡絲技術可制得次微米到納米尺寸的纖維，且操作簡單、易進行各種材質纖維制作，該技術已成功應用在各領域，如催化、組織工程支架、過濾、海水淡化、環境工程及生物醫學等領域，電紡纖維可適用于任何形狀之反應器，方便組裝、更換，并有研究指出靜電紡絲技術所研制奈米纖維具有高孔隙率與高表面附著，易藉由攔截與吸附作用進行次微米到納米顆粒物處理。
技術實現思路
本專利技術目的在于提供一種復合納米光觸媒電紡纖維濾材及其制備方法。所述復合納米光觸媒電紡纖維濾材設有載體，在載體上披覆一層光觸媒纖維。所述載體可采用微米聚對苯二甲酸纖維。所述光觸媒纖維是指由聚丙烯腈與二氧化鈦以二甲基乙酰胺溶解而成的混合高分子溶液，再通過靜電紡絲裝置制備而成。所述復合納米光觸媒電紡纖維濾材的制備方法，包括以下步驟：1)將聚丙烯腈與二甲基乙酰胺混合，加熱，制得高分子溶液；2)將步驟1)制得的高分子溶液與二氧化鈦溶液混合，加熱，制得光觸媒組合物溶液；3)將步驟2)制得的光觸媒組合物溶液置入設于自動進樣裝置的注射器中，經靜電紡絲裝置噴出含鈦光觸媒纖維；4)將聚對苯二甲酸纖維置于收集器上，將光觸媒組合物溶液直接電紡在聚對苯二甲酸纖維上，再疊合上一層聚對苯二甲酸纖維，形成三明治夾層的結構，再熱壓，即得復合納米光觸媒電紡纖維濾材。在步驟1)中，所述加熱的溫度可為70～80℃，加熱的時間可為6～7h；制得的高分子溶液的質量百分濃度可為6％。在步驟2)中，所述加熱的溫度可為40～50℃，加熱的時間可為1～2h。在步驟3)中，所述自動進樣裝置的進樣速度可為0.8～1.0mL/h，電壓可為13～16kV；所述靜電紡絲裝置的旋轉接受器轉速可為100～110r/min，收集距離可為10～15cm。在步驟4)中，所述熱壓的溫度可為80℃。本專利技術提供一種可同時處理揮發性有機物與顆粒物的光觸媒電紡纖維濾材，添加基體PET纖維，二氧化鈦可增加光觸媒復合材料的表面積及孔隙率，達到增加復合纖維濾材與污染物的接觸面積以及提升對VOCs處理能力的目的，并同時降低空氣中顆粒物。本專利技術將商業用二氧化鈦與高分子聚丙烯腈制成二氧化鈦聚丙烯腈纖維(Titanium dioxide polyacrylonitrile fibers,TPF)，并將其負載于聚對苯二甲酸纖維(Polyethylene terephthalate,PET)上，形成復合材料。所添加二氧化鈦可增加纖維表面的帶電性，作為光催化反應的觸媒，加之基體PET纖維的存在，使該濾材具有更低的穿透效率，改善濾材的過濾質量，達到同時處理空氣中揮發性有機物及顆粒物的目的。本專利技術利用靜電紡絲技術將含鈦光觸媒與高分子材料結合制成光觸媒纖維，并將其置于聚對苯二甲酸纖維載體上，由此改善傳統過濾器的穿透率與壓損，同時二氧化鈦可增強纖維膜的比表面積，也作為光催化反應的觸媒將揮發性有機物氧化，形成可同時處理揮發性有機物與顆粒物的光觸媒電紡纖維濾材。本專利技術通過對所研制的復合纖維濾材進行特性分析、光催化效率及過濾質量的評估，可知添加比例為2％的復合光觸媒纖維濾材，對揮發性有機物降解效率可達90％以上，對顆粒物的過濾穿透率可低于1.9％。經實驗證明，添加二氧化鈦及聚對苯二甲酸纖維載體的復合纖維濾材有助于增加顆粒物過濾效果及提升對揮發性有機物的處理能力。附圖說明圖1是本專利技術光觸媒電紡纖維濾材的3D示意圖；圖2是本專利技術二氧化鈦聚丙烯腈光觸媒纖維的掃面電子顯微鏡及元素能譜分布圖；圖3是本專利技術光觸媒電紡纖維濾材的掃面電子顯微鏡圖；圖4是本專利技術聚丙烯腈纖維、二氧化鈦及電紡纖維復合濾材的X射線衍射掃描圖；圖5是本專利技術單獨處理丙酮及同時處理丙酮與顆粒物的降解效率圖；圖6是本專利技術單獨處理丙酮及同時處理丙酮與顆粒物的穿透效率圖。具體實施方式以下實施例將結合附圖對本專利技術作進一步的說明。所述復合納米光觸媒電紡纖維濾材設有載體，在載體上披覆一層光觸媒纖維。所述載體可采用微米聚對苯二甲酸纖維。所述光觸媒纖維是指由聚丙烯腈與二氧化鈦以二甲基乙酰胺溶解而成的混合高分子溶液，再通過靜電紡絲裝置制備而成。所述復合納米光觸媒電紡纖維濾材的制備方法，包括以下步驟：1)將聚丙烯腈與二甲基乙酰胺混合，加熱，制得高分子溶液；所述加熱的溫度可為70～80℃，加熱的時間可為6～7h；制得的高分子溶液的質量百分濃度可為6％。優選加熱的溫度為80℃，加熱的時間為6h。2)將步驟1)制得的高分子溶液與二氧化鈦溶液混合，加熱，制得光觸媒組合物溶液；所述加熱的溫度可為40～50℃，加熱的時間可為1～2h。優選所述加熱的溫度為40℃，加熱的時間為2h。3)將步驟2)制得的光觸媒組合物溶液置入設于自動進樣裝置的注射器中，經靜電紡絲裝置噴出含鈦光觸媒纖維；所述自動進樣裝置的進樣速度可為0.8～1.0mL/h，電壓可為13～16kV；所述靜電紡絲裝置的旋轉接受器轉速可為100～110r/min，收集距離可為10～15cm。優選進樣速度1.0mL/h，電壓15kV，旋轉接受器轉速100r/min，收集距離15cm。4)將聚對苯二甲酸纖維置于收集器上，將光觸媒組合物溶液直接電紡在聚對苯二甲酸纖維上，再疊合上一層聚對苯二甲酸纖維，形成三明治夾層的結構，再熱壓，即得復合納米光觸媒電紡纖維濾材。所述熱壓的溫度可為80℃。本專利技術采用丙酮廢氣處理裝置，該裝置主要分為丙酮產生裝置、光催化反應器以及氣體分析裝置等三大部份，首先，先以丙酮鋼瓶與空氣鋼瓶產生混合氣體，并通過流量計調整丙酮濃度，將丙酮濃度調整至實驗所需濃度值，同樣以流量計控制通入光催化反應器之流量，并以手持式VOCs光離子化檢測器(Photoioni本文檔來自技高網...

【技術保護點】
復合納米光觸媒電紡纖維濾材，其特征在于設有載體，在載體上披覆一層光觸媒纖維。

【技術特征摘要】
1.復合納米光觸媒電紡纖維濾材，其特征在于設有載體，在載體上披覆一層光觸媒纖維。2.如權利要求1所述復合納米光觸媒電紡纖維濾材，其特征在于所述載體為微米聚對苯二甲酸纖維。3.如權利要求1所述復合納米光觸媒電紡纖維濾材，其特征在于所述光觸媒纖維由聚丙烯腈與二氧化鈦以二甲基乙酰胺溶解而成的混合高分子溶液，再通過靜電紡絲裝置制備而成。4.如權利要求1所述復合納米光觸媒電紡纖維濾材的制備方法，其特征在于包括以下步驟：1)將聚丙烯腈與二甲基乙酰胺混合，加熱，制得高分子溶液；2)將步驟1)制得的高分子溶液與二氧化鈦溶液混合，加熱，制得光觸媒組合物溶液；3)將步驟2)制得的光觸媒組合物溶液置入設于自動進樣裝置的注射器中，經靜電紡絲裝置噴出含鈦光觸媒纖維；4)將聚對苯二甲酸纖維置于收集器上，將光觸媒組合物溶液直接電紡在聚對苯二甲酸纖維上，再疊合上一層聚對苯二甲酸纖維，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：鐘喜生，張章堂，楊采瑜，劉芳，
申請(專利權)人：愛芯環保科技廈門股份有限公司，
類型：發明
國別省市：福建;35