[发明专利]一种生物基滤芯的制备方法

说明书

本发明公开一种生物基滤芯的制备方法，通过水热法得到微炭化膨化植物纤维，再对膨化植物纤维乙酰化；乙酰化膨化植物纤维与预糊化淀粉、聚乙烯醇、抗菌剂一起搅拌均匀，制得均相体浆料，进行水蒸气发泡、热压成型得到生物基滤芯。本发明利用生物质资源制备抑菌过滤材料，原料来源广泛、易于自然降解及再生，制备方法简单，产品过滤效果好，可用于口罩、空气净化器及滤芯等。

技术领域

本发明涉及空气净化技术领域，具体属于一种生物基滤芯的制备方法。

背景技术

随着经济的发展和工业化进程的加速，人类活动对环境的影响日益加剧，空气质量不断恶化，雾霾天气现象大范围频繁出现。空气中存在很多的细颗粒物，能较长时间悬浮于空气中。具有代表性的PM2.5粒径小，面积大，活性强，易附带有毒、有害物质（例如，重金属、微生物等），对人体健康和大气环境质量的危害更大。空气过滤技术是改善空气质量最有效的方法之一。

目前的空气过滤材料主要由聚丙烯、聚四氟乙烯等塑料的合成纤维制备而成，这些原料主要来源于化石产品，生产过程能耗较高，而且此类过滤材料使用废弃后，不能自然降解，会引发二次污染，给环境增加很大负担，这就限制了其应用。随着空气过滤膜使用的普遍化，环保型多功能材料将成为空气滤清器市场未来发展的趋势之一。生物基材料由于成本、功能性优势有利于环保级空气滤清材料的研发，对环境保护具有重大意义。

现有技术中生物基空气过滤材料较少，与直接转化为活性炭相比，主要是存在过滤效果一般、制备工艺复杂、成本高等问题。然而活性炭制备属于高能耗，不利于环保。中国发明专利：CN106362492A、CN107638737A、CN107469467A、公开了一种通过分散、改性、冷冻干燥制备植物纤维为主体的空气过滤材料的制备方法，冷冻干燥对设备要求高、成本高，不利于大规模生产。中国专利CN108442179A公开一种植物纤维负载石墨烯的空气过滤材料，制备工艺复杂、成本高。因此合理的制备工艺、生产成本是生物基空气过滤材料能否大规模应用的关键。

水热炭化技术是一种新型的生物质炭化技术，不受物料含水率的限制、制备过程简单，因而转化成本较低。水热法是在密闭的高压反应釜中，以水为反应介质，在一定温度和压强下将水热反应釜内的生物质转化为水热炭的过程。水热炭化的反应条件相对温和，脱水脱羧是一个放热过程，可为水热反应提供部分的能量，因此，水热炭化技术能耗较低。另外，生物质水热炭化产生的焦炭含有大量的含氧、含氮官能团，焦炭表面的吸水性和金属吸附性相对较强。膨化，一种加工方法。让原料在加热、加压的情况下突然减压而使之膨胀。含水分或淀粉物料加热加压后，突然卸除外力和热源，使其迅速膨胀的过程。

本发明通过水热法与热压发泡技术相结合，用热压磨具替代水热反应釜进行水热反应，在适当的反应条件下处理，实现表面微炭化，形成多孔表面；同时利用开模瞬间的压力差，内部水分气化产生压力，导致植物纤维开始膨胀开裂成丝，实现植物纤维的膨化，提高纳米纤丝化程度；表面乙酰化，添加抗菌基团，实现过滤同时抗菌；以发泡淀粉抗菌材料为骨架，把松散乙酰化膨化植物纤维器件化，同时不影响其性能，协同抗菌过滤。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供了一种生物基滤芯的制备方法。为了实现本发明，具体技术方案如下：

一种生物基滤芯的制备方法，包含以下步骤：

(1)将适量植物纤维放入热压磨具中，加水浸没，在一定温度和压强下，水热反应一段时间，得到微炭化膨化植物纤维；

(2)将步骤(1)中得到的微炭化膨化植物纤维浸润乙酸溶液0.5 h，加入适量乙酸酐和浓硫酸，于60℃下反应2 h后，反应完成后用去离子水洗净，得到乙酰化膨化植物纤维；

(3)按配比将步骤(2)中得到乙酰化膨化植物纤维与预糊化淀粉、聚乙烯醇、抗菌剂，一起搅拌均匀，制得均相体浆料，放入热压磨具，进行水蒸气发泡，泄压保温干燥，脱模，取出制品，得到生物基滤芯。