【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于薄膜過濾材料開發，涉及一種基于離子液體改性聚酰亞胺納米纖維薄膜及基于其的空氣凈化濾網。
技術介紹
1、隨著工業化、城市化的快速發展，工業、交通和日常生活中排放的大量污染物會進入到空氣中，使空氣污染愈加嚴重。大氣中的污染物主要包括有害氣體和顆粒物，懸浮顆粒物污染（pms）成為危害空氣質量和人類生命健康的主要因素之一。其中pm2.5可傳透呼吸道、肺泡組織等并滯留體內，嚴重危害人類身體健康。由于pms是在高溫環境下產生的，所以需要具有良好熱穩定性的過濾材料在pms產生的源頭對其進行過濾凈化。通過靜電紡絲技術制備的納米纖維膜過濾材料具有孔徑小（150~500nm）、孔隙率高和比表面積大等優點，是優良的空氣過濾材料。對過濾帶有高溫且尺寸較小顆粒物（pm2.5、pm0.3）的工業廢氣，靜電紡絲納米纖維膜起到了極為重要的作用，近年來已逐漸應用于高精度空氣過濾領域。
2、聚酰亞胺（polyimide，pi）是一類主鏈含有酰亞胺環的同時又具有芳雜環結構的聚合物，是綜合性能最佳的有機高分子材料之一，具有例如高強高模、耐腐蝕、抗輻射、阻燃、優良的熱穩定性、低介電常數等優異性能等。更重要的是，聚酰亞胺是耐熱等級最高的高分子材料，是耐高溫濾料的理想基體材料。基于靜電紡絲技術制備的聚酰亞胺納米纖維膜具有三維立體網狀結構，內部存在大量互通的孔隙，且在紡絲過程中賦予納米纖維材料一定的電荷，具有高比表面積、對微細顆粒物捕獲能力強等特點，使其成為空氣過濾凈化的優良材料。但是，單一的聚酰亞胺納米纖維膜靜電吸附能力較弱，不能高效過濾空氣中的帶
技術實現思路
1、針對現有技術中存在的問題，本專利技術提供一種基于離子液體改性聚酰亞胺納米纖維薄膜及基于其的空氣凈化濾網，從而解決現有技術中聚酰亞胺納米纖維膜在進行空氣過濾時過濾效率較低、過濾阻力大的技術問題。
2、本專利技術是通過以下技術方案來實現：
3、一種基于離子液體改性聚酰亞胺納米纖維薄膜的制備方法，包括以下步驟：
4、s1：將二胺單體與二酐單體混合反應，制得聚酰胺酸溶液，進行溶劑置換后冷凍干燥，制得聚酰胺酸粉末；
5、s2：將所述聚酰胺酸粉末溶解在極性溶劑中，制得聚酰胺酸紡絲液，然后加入離子液體，攪拌均勻，制得離子液體/聚酰胺酸紡絲液；
6、s3：利用所述離子液體/聚酰胺酸紡絲液進行靜電紡絲，制得離子液體/聚酰胺酸納米纖維膜；
7、s4：對所述離子液體/聚酰胺酸納米纖維膜進行熱亞胺化處理，制得所述離子液體改性聚酰亞胺納米纖維薄膜。
8、優選的，步驟s1中，所述二胺單體與二酐單體的摩爾比為(0.95~1):(1~1.05)；所述二胺單體與二酐單體混合反應過程中，反應溫度為0~4℃，反應時間為24~28?h。
9、優選的，步驟s1中，所述進行溶劑置換具體為：將所述聚酰胺酸溶液緩慢倒入水中凝固，并且進行多次洗滌，完成所述溶劑置換過程。
10、優選的，步驟s2中，所述極性溶劑為n,n’-二甲基甲酰胺、n,n’-二甲基乙酰胺、n-甲基吡咯烷酮以及四氫呋喃中的至少一種。
11、優選的，所述離子液體為1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽以及1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽中的一種。
12、優選的，加入離子液體后，所述離子液體與聚酰胺酸紡絲液的質量濃度比為(0.25%~1%):(36%~40%)。
13、優選的，所述靜電紡絲過程中，紡絲電壓為16?kv~18?kv，紡絲溶液的流速為0.010~0.015?ml/min，針頭距接收滾筒的距離為15~20?cm。
14、優選的，所述熱亞胺化處理具體為：在5?℃/min的升溫速率下升溫至150~170?℃，保溫30~60?min，接著在5?℃/min的升溫速率下升溫至250~270?℃，保溫30~60?min，最后在在5?℃/min的升溫速率下升溫至300~320?℃，保溫30~60?min。
15、一種基于離子液體改性聚酰亞胺納米纖維薄膜，通過上述的方法制得，所述基于離子液體改性聚酰亞胺納米纖維薄膜中，基于離子液體改性聚酰亞胺納米纖維的平均直徑為200~350?nm；所述基于離子液體改性聚酰亞胺納米纖維薄膜的平均孔徑為10~25?nm；所述基于離子液體改性聚酰亞胺納米纖維薄膜的質量因子為0.022~0.74?pa-1。
16、一種空氣凈化濾網，包含上述的一種基于離子液體改性聚酰亞胺納米纖維薄膜。
17、與現有技術相比，本專利技術具有以下有益的技術效果：
18、一種基于離子液體改性聚酰亞胺納米纖維薄膜的制備方法，該方法通過在聚酰胺酸紡絲液中添加離子液體的方式，改善了聚酰胺酸紡絲液在靜電紡絲過程中的紡絲狀態，未添加離子液體進行靜電紡絲時，帶有同種電荷（正電荷）的納米纖維相互排斥，纖維彼此分開，且射流較長，納米纖維在靜電場中收到的拉伸時間較短，造成纖維直徑較大；紡絲液添加離子液體后，在靜電紡絲過程中負電荷會因為正電荷的吸引停留在纖維中，形成一些帶有過剩負電荷的納米纖維，這些帶負電荷的納米纖維會在針頭附近和部分帶正電荷的納米纖維接觸粘合，隨著離子液體的含量增加，射流會愈加接近針頭從而造成射流縮短，這會讓納米纖維在靜電場中受到的拉伸時間延長，從而使得納米纖維直徑減小。同時，離子液體的優勢在于具有低蒸氣壓、高沸點、高導電率和較寬的電化學窗口，并且還具有高的熱穩定性和化學穩定性，可設計性強，可以根據不同需求設計不同的化學結構和性質；不燃、無味、可以循環利用，綠色友好。即該方案中利用離子液體離子電導率高的優點，使聚酰胺酸紡絲液帶有更多的電荷，從而增加紡絲溶液的導電性，使纖維在電場中受到更強的拉伸，有效的調控了納米纖維的直徑，增強了納米纖維膜在空氣過濾過程當中對于顆粒物的物理吸附和靜電吸附作用，提高了納米纖維膜對于空氣中微細顆粒物的過濾性能。該方法簡單高效、可調控性強、適用范圍廣且綠色友好，避免了傳統納米纖維薄膜在空氣過濾中存在的低阻力、高壓降等問題，進一步擴寬了納米纖維薄膜在空氣過濾領域的開發與應用，對納米纖維薄膜在高溫過濾、氣體吸附等領域有著重要的科學意義和應用價值。
19、進一步的，步驟s1中，所述二胺單體與二酐單體的摩爾比為(0.95~1):(1~1.05)；所述二胺單體與二酐單體混合反應過程中，反應溫度為0~4℃，反應時間為24~28?h，該條件可使得反應中產生的熱量減少，使得聚酰胺酸溶液體系的粘度升高，減少有機溶劑的揮發，并且粘稠的聚酰胺酸溶液有利于之后的靜電紡絲過程。
20、進一步的，步驟s1中，所述進行溶劑置換具體為：將所述聚酰胺酸溶液緩慢倒入水中凝固，并且進行多次洗滌，完成所述溶劑置換過程，可使得析出的聚酰胺酸固體中殘余的溶劑與水分進行充分升華，且保持聚酰胺酸固體原有的結構。
21、進一步的，步驟s2中，所述極性溶劑為n,n’-二本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于離子液體改性聚酰亞胺納米纖維薄膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.?根據權利要求1所述的一種基于離子液體改性聚酰亞胺納米纖維薄膜的制備方法，其特征在于，步驟S1中，所述二胺單體與二酐單體的摩爾比為(0.95~1):(1~1.05)；所述二胺單體與二酐單體混合反應過程中，反應溫度為0~4℃，反應時間為24~28?h。
3.根據權利要求1所述的一種基于離子液體改性聚酰亞胺納米纖維薄膜的制備方法，其特征在于，步驟S1中，所述進行溶劑置換具體為：將所述聚酰胺酸溶液緩慢倒入水中凝固，并且進行多次洗滌，完成所述溶劑置換過程。
4.根據權利要求1所述的一種基于離子液體改性聚酰亞胺納米纖維薄膜的制備方法，其特征在于，步驟S2中，所述極性溶劑為N,N’-二甲基甲酰胺、N,N’-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮以及四氫呋喃中的至少一種。
5.根據權利要求1所述的一種基于離子液體改性聚酰亞胺納米纖維薄膜的制備方法，其特征在于，所述離子液體為1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽以及1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽
6.根據權利要求1所述的一種基于離子液體改性聚酰亞胺納米纖維薄膜的制備方法，其特征在于，加入離子液體后，所述離子液體與聚酰胺酸紡絲液的質量濃度比為(0.25%~1%):(36%~40%)。
7.?根據權利要求1所述的一種基于離子液體改性聚酰亞胺納米纖維薄膜的制備方法，其特征在于，所述靜電紡絲過程中，紡絲電壓為16?kV~18?kV，紡絲溶液的流速為0.010~0.015?ml/min，針頭距接收滾筒的距離為15~20?cm。
8.?根據權利要求1所述的一種基于離子液體改性聚酰亞胺納米纖維薄膜的制備方法，其特征在于，所述熱亞胺化處理具體為：在5?℃/min的升溫速率下升溫至150~170?℃，保溫30~60?min，接著在5?℃/min的升溫速率下升溫至250~270?℃，保溫30~60?min，最后在在5℃/min的升溫速率下升溫至300~320?℃，保溫30~60?min。
9.?一種基于離子液體改性聚酰亞胺納米纖維薄膜，其特征在于，通過權利要求1~8中任意一項所述的方法制得，所述基于離子液體改性聚酰亞胺納米纖維薄膜中，基于離子液體改性聚酰亞胺納米纖維的平均直徑為200~350?nm；所述基于離子液體改性聚酰亞胺納米纖維薄膜的平均孔徑為10~25?nm；所述基于離子液體改性聚酰亞胺納米纖維薄膜的質量因子為0.022~0.74?Pa-1。
10.一種空氣凈化濾網，其特征在于，包含有權利要求9中所述的一種基于離子液體改性聚酰亞胺納米纖維薄膜。
...【技術特征摘要】
1.一種基于離子液體改性聚酰亞胺納米纖維薄膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.?根據權利要求1所述的一種基于離子液體改性聚酰亞胺納米纖維薄膜的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述二胺單體與二酐單體的摩爾比為(0.95~1):(1~1.05)；所述二胺單體與二酐單體混合反應過程中，反應溫度為0~4℃，反應時間為24~28?h。
3.根據權利要求1所述的一種基于離子液體改性聚酰亞胺納米纖維薄膜的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述進行溶劑置換具體為：將所述聚酰胺酸溶液緩慢倒入水中凝固，并且進行多次洗滌，完成所述溶劑置換過程。
4.根據權利要求1所述的一種基于離子液體改性聚酰亞胺納米纖維薄膜的制備方法，其特征在于，步驟s2中，所述極性溶劑為n,n’-二甲基甲酰胺、n,n’-二甲基乙酰胺、n-甲基吡咯烷酮以及四氫呋喃中的至少一種。
5.根據權利要求1所述的一種基于離子液體改性聚酰亞胺納米纖維薄膜的制備方法，其特征在于，所述離子液體為1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽以及1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽中的一種。
6.根據權利要求1所述的一種基于離子液體改性聚酰亞胺納米纖維薄膜的制備方法，其特征在于，加入離子液體后，所述離子液體與聚酰胺酸紡絲液的質量濃度比為...
【專利技術屬性】
技術研發人員：謝璠，尚玉軒，陸趙情，魏海濤，劉巧玲，劉濤，趙月月，張文婷，
申請(專利權)人：陜西科技大學，
類型：發明
國別省市：
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