[发明专利]高效低阻微纳米纤维微观梯度结构过滤材料及其制备方法

说明书

本发明公开了高效低阻微纳米纤维微观梯度结构过滤材料及其制备方法；纳米精细过滤层、微米支撑初级过滤层和保护面层；微米支撑初级过滤层和纳米精细过滤层交互叠加，设置在两层保护面层之间；纳米精细过滤层具有网格结构，由平面基体纤维层和锥体结构组成，其中锥体结构的尖端与网格基体纤维层间的纤维形成沿尖端和平面基体纤维层的取向结构；本发明未加电过滤材料对质量中值直径为0.26μm的NaCl气溶胶的过滤效率为99.9‑99.999％，其压力降为130‑300Pa；加电处理的过滤材料对质量中值直径为0.26μm的NaCl气溶胶的过滤效率为99.9‑99.999％，其压力降为30‑250Pa。

技术领域

本发明涉及空气过滤领域，具体涉及一种具有良好过滤效果的梯度复合结构过滤介质材料及其制备工艺。

背景技术

空气是人类赖以生存的必要条件，由于生产和人类各种活动的影响，特别是工业废气的大量任意排放，空气中含有过量的粉尘及有害气体而遭到不同程度的污染。这几年来，PM2.5引起了社会的广泛关注，粉尘对呼吸道和眼睛等器官会造成很大危害。根据“绿色GDP核算报告”，仅北京一个城市，每年因环境污染造成的损失就高达116亿多元，其中大气污染对北京市造成的经济损失最严重，高达95.2亿元，占总污染造成损失的81.75％，由此可看出，环境污染对经济和社会的影响非常大，特别是大气污染更应值得关注。

目前市场上的纤维空气过滤材料主要有玻璃纤维、聚酯纤维、聚丙烯腈纤维、活性炭纤维等，但该类纤维空气过滤材料大部分是直通结构，仅对0.3μm以上的颗粒有较高的过滤效率，对亚微米颗粒以及较小粒子难以实现有效过滤。对于传统空气过滤材料，其使用周期短过滤阻力大，已无法完全满足人们对高效过滤材料的要求。

随着纳米科技的发展，纳米材料由于具有独特且优异的性能越来越广泛地代替了传统材料，在分离、传感器及生物医学等领域应用。材料的微纳米多级结构赋予了其新颖的性质和特殊功能。与传统无纺布纤维相比，具有微纳米多级结构的静电纺纤维材料，不仅具有纤维直径和膜孔径小、孔隙率高，而且因为多级结构的引入，大幅度提高了纤维的比表面积和孔体积，增强了纤维膜的吸附和容尘体积，有效的提高材料的过滤效率。以静电纺纳米纤维膜为夹层的复合结构过滤材料，更适合过滤细小微粒，将纳米纤维和梯度结构结合更有利于延长滤材的使用寿命。

中国专利CN 103264533 A，公开了一种陶瓷-金属间化合物梯度过滤管及其制备方法和用途，发明的过滤管以Ni粉、Al粉、Ti粉、B₄C粉、SiC粉和TiH₂为原料，通过反应合成内层为耐磨耐腐蚀性能好的多孔TiC+TiB₂陶瓷，孔内布满长度10μm的TiB+Ti₃B₄晶须，最外层为强度高、耐蚀性能好的多孔NiAl+Ni₃Al金属间化合物层，由内到外陶瓷组分逐渐减少，金属间化合物组分逐渐增多，从而形成了梯度结构克服现有滤材过滤阻力大、过滤效率低、不易冲洗等缺点，但是该陶瓷-金属间化合物梯度过滤管成本较高，工艺较复杂，不利于技术的推广和工业化。中国发明专利申请CN 103446804 A公开了一种具有梯度结构的碳纳米管空气过滤材料及其制备方法，该碳纳米空气过滤材料通过在纤维表面生长不同含量的碳纳米管，形成梯度结构使其具有过滤效率高，过滤阻力低等特点，但是碳纳米管在溶液中易出现团聚现象，从而降低滤材的孔隙率，且在使用过程中纳米颗粒会发生脱落，对人们健康造成威胁。

发明内容

本发明的首要目的是为了改善现有过滤材料在满足空气的高过滤效率的情况下，阻力较大和滤材的使用周期短的不足，提供一种成本低，具有优秀过滤效果，且具有三维立体结构的可降低过滤阻力，延长滤材使用寿命的高效低阻过滤介质材料。

本发明另一目的是提供一种用于空气过滤的高效低阻过滤介质材料的制备方法。