[发明专利]含碳纳米材料的玻璃纤维空气过滤纸及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料领域，特别是涉及一种含碳纳米材料的玻璃纤维空气过滤纸及其制备方法。

背景技术

过滤材料的纤维直径越小，除去空气中微粒的粒径就越小，过滤效率也就越高。与传统纤维相比，纳米级材料展现出了更好的过滤性能。碳纳米材料具有很小的纳米级直径、巨大的比表面积、优异的吸附性能、超强的力学性能，这些特性使得其在空气过滤领域具有良好的应用前景。目前碳纳米材料已实现工业生产，碳纳米材料产品较为便宜，且长度越来越长，这为碳纳米材料在空气过滤领域的应用提供直接条件。

然而，由于碳纳米材料直径尺寸是纳米级别，而普通空气过滤材料的直径是微米级别，两者尺寸相差太大，难以直接将碳纳米材料应用到空气过滤中。目前，将两者复合的方法主要是溶液沉积和气相生长，采用压差过滤法将碳纳米材料直接沉积在空气过滤纸上，操作简单，但由于纸张内部有一定的空隙，碳纳米材料可从这些空隙中漏出从而穿透纸张，致使碳纳米材料在纸张上的截留率不高，浪费原材料。碳纳米材料与空滤纸主要原料玻璃纤维之间作用力非常小，直接采用压差过滤将其截留在纸张上，碳纳米材料很容易脱落掉粉，在生产和使用过程中十分不便，甚至可成为二次污染源。气相生长法是在多孔材料表面直接生长碳纳米材料，该方法条件苛刻，制备的膜面积非常小，不利于工业化推广。

近年来，研究发现碳纳米材料表面存在某些缺陷，将其作为功能载体，功能性基团或者特定物质可与缺陷部位通过共价键、非共价键的形式结合在其表面，使得碳纳米材料兼具各类功能。例如将纳米银等抗菌剂负载在碳纳米管上，可明显提高抗菌活性，减少纳米银用量；将纳米氧化钛负载在碳纳米管上制成光催化剂，可显著提高其催化效率。

因此，克服现有制备方法存在的不足，研发一种较现有的溶液沉积和气相生长法更好的含纳米材料的空气过滤纸的制备方法是迄今需要解决的一个问题。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种含碳纳米材料的玻璃纤维空气过滤纸及其制备方法。

具体技术方案如下：

一种含碳纳米材料的玻璃纤维空气过滤纸的制备方法，包括以下步骤：

(1)将碳纳米材料加入至浓度为0.1～10g/L的阴离子分散剂水溶液中进行超声分散，配置成碳纳米材料的质量分数为0.05～0.5％的碳纳米材料分散液；

(2)将玻璃纤维材料加入水中，加酸调节pH值为2.5～3.5后疏解分散，然后加入稳定剂水溶液，配置成玻璃纤维材料的质量分数为0.01～0.05％的玻璃纤维材料分散液，所述稳定剂水溶液中稳定剂的质量为所述玻璃纤维材料质量的0.001～0.01％；

所述玻璃纤维材料为玻璃纤维和/或玻璃棉纤维；

(3)将所述碳纳米材料分散液和玻璃纤维材料分散液混合均匀，送至成型器上抽吸后得成型湿纸，再施胶、干燥，即得。

本发明制备方法中的步骤(1)可在步骤(2)后进行，即可先进行步骤(1)，再进行步骤(2)；也可先进行步骤(2)，再进行步骤(1)。

在其中一些实施例中，所述阴离子分散剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、仲烷基磺酸钠以及十二烷基硫酸铵中的一种。所述阴离子分散剂优选十二烷基硫酸钠。

在其中一些实施例中，所述稳定剂为分子量为50～800万的聚氧化乙烯、分子量为10～1000万的聚丙烯酰胺以及羧甲基纤维素钠中的一种。稳定剂优选分子量为500～600万的聚氧化乙烯。

在其中一些实施例中，所述稳定剂水溶液的浓度为0.1～2g/L。稳定剂水溶液的浓度进一步优选为0.9～1.1g/L。

在其中一些实施例中，所述玻璃纤维材料由玻璃纤维和玻璃棉纤维混合而成。

在其中一些实施例中，所述玻璃纤维的直径为5～30μm，所述玻璃棉纤维的直径为0.05～2μm。

在其中一些实施例中，所述玻璃纤维和玻璃棉纤维的质量比为1：1～4。玻璃纤维和玻璃棉纤维的质量比进一步优选为1：3～4。

在其中一些实施例中，所述碳纳米材料为直径为1～100nm的碳纳米纤维和/或碳纳米管。

在其中一些实施例中，所述碳纳米材料分散液和玻璃纤维分散液的质量比为1：500～5000。

本发明还公开一种上述制备方法所得的含碳纳米材料的玻璃纤维空气过滤纸。

本发明相较现有技术的优点以及有益效果为：