[发明专利]一种贵金属掺杂的PVDF纳米纤维复合膜的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种贵金属掺杂的PVDF纳米纤维复合膜的制备方法及其应用，特点是包括以下步骤：（1）在超薄高透光无纺织布上采用磁控溅射的方法淀积银金属厚度达150nm得到过滤网膜框架；（2）将N,N‑二甲基甲酰胺与丙酮按7:3的比例混合后，搅拌并加入一定量的PVDF粉末和硝酸银粉末，超声处理后恒温磁力搅拌，静置24h后获得前驱液；（3）将高压直流电源火线接于针头外壁，零线接于过滤网膜框架作为静电纺丝收集衬底，在针筒中加入前驱液，通过静电纺丝方式获得贵金属掺杂的PVDF纳米纤维复合膜；优点是具有超高PM0.5过滤效率、低空气过滤压阻、高品质因子和良好的过滤稳定性。

技术领域

本发明涉及一种PVDF纳米纤维复合膜的制备方法，尤其是涉及一种贵金属掺杂的PVDF纳米纤维复合膜的制备方法及其在PM0.5、PM1.0、PM2.5与PM10等空气悬浮颗粒过滤方面的应用。

背景技术

随着现代工业化水平的不断提高，城市中燃煤、机动车燃油等燃烧过程以及扬尘和化学溶剂等扩散过程，使得空气中不可避免地产生了大量悬浮细颗粒污染物。PM2.5是指直径小于等于2.5微米的空气悬浮颗粒污染物。作为一种主要的空气悬浮颗粒污染物，PM2.5悬浮颗粒污染物，严重威胁着人民群众的生命安全，甚至是气候和生态环境恶化的罪魁祸首。近年来，我国多地发生严重的雾霾天气，空气悬浮颗粒污染物的有效过滤问题受到人民群众广泛关注。

传统纤维空气过滤膜一般由熔喷纤维、玻璃纤维和纺粘纤维等常规纤维组合而成，因其微观的纤维直径过大，仍然存在结构蓬松易破损，过滤效率尤其是对超细颗粒去除效率低下等明显缺陷。相比之下，纳米纤维因其较低的孔径、极高的孔隙率、理想的静电吸附等特点在空气过滤膜的设计上展现出独特的优势。近年来，多种纳米纤维制备方法不断尝试，如拉伸法、模板合成法、相分离法、自组装法、静电纺丝法等。其中，静电纺丝法以其设备简单、工艺可控、适纺范围广、成本低等多方面特点，成为制备纳米纤维的首选方法。PVDF是一种应用广泛的高分子材料，相比于其他高分子聚合物材料，它具有耐磨、良好的疏水性、高拉伸性、高稳定性、高阻燃、良好生物相容性等优点。

根据美国环境保护署（United States Environmental Protection Agency）2018年年度报告：空气中悬浮颗粒污染物的尺寸越小，其对应的数量浓度和总表面积就越大，就越有可能吸附更多的有害物质。PM0.5是指直径小于等于0.5微米的颗粒物。与PM2.5相比，PM0.5对人体的危害更大，其颗粒平均尺寸更小，过滤难度更大。虽然PM0.5在PM2.5中的质量占比不高，但PM0.5在PM2.5中的数量浓度比却接近90%。通常而言，PM7.0~PM10悬浮颗粒污染物可以穿透鼻腔，PM4.7~PM7.0悬浮颗粒污染物可以穿透咽喉，PM2.5可以到达支气管，PM1.0可以到达肺泡，PM0.5则可以在肺泡内扩散、沉积，从而引发多种慢性疾病，如哮喘、慢性支气管炎、肺癌等。目前，对于空气中特征尺寸在0.5微米以下的超细颗粒（PM0.5），单一纳米纤维结构的空气过滤膜仍旧难以实现保证高效拦截的同时过滤前后极低的空气过滤压阻，严重限制着居民个体防护的生活需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有超高PM0.5与PM2.5过滤效率、低空气过滤压阻、高品质因子、优良杀菌性能和良好过滤稳定性的贵金属掺杂的PVDF纳米纤维复合膜的制备方法及其应用。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种贵金属掺杂的PVDF纳米纤维复合膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）过滤网膜框架制备：在超薄高透光无纺织布上采用磁控溅射的方法淀积导电性能良好的金属薄膜，沉积厚度为100-200nm；淀积金属薄膜的目的是增强无纺布衬底的导电性，最终可提高静电纺丝纳米纤维复合结构过滤膜的均一程度；