[发明专利]碳纳米管复合梯度结构滤纸及其制备方法

说明书

本发明涉及一种碳纳米管复合梯度结构滤纸及其制备方法。该制备方法包括如下步骤：制备粗滤层纤维分散液：将粗滤层纤维疏解分散在水中，即得；制备中间层纤维分散液：将中间层纤维疏解分散在水中，并将碳纳米管固定于所述中间层纤维上，即得；制备精滤层纤维分散液：将精滤层纤维疏解分散在水中，并将碳纳米管固定于精滤层纤维上，即得；成型：将所述粗滤层纤维分散液、中间层纤维分散液、精滤层纤维分散液依次脱水成型后，干燥，即得。上述制备方法制备得到的碳纳米管复合梯度结构滤纸，有效实现滤纸高效低阻、高容污量的特点，且制备方法采用完全湿法成型，工艺简单，与现有技术相比能耗更低、生产效率更高。

技术领域

本发明涉及碳纳米复合材料，特别是涉及碳纳米管复合梯度结构滤纸及其制备方法。

背景技术

对于滤纸而言，追求高的过滤效率、低的过滤阻力(高透气度或者是高通量)和长的使用寿命是共同目标。

提高过滤效率，对于采用滤纸分离方式，主要方法提高滤纸中纤维对于需要滤除的小颗粒和小液滴的接触概率，也就是需要提高滤纸中的表面积。纳米材料的使用和复合技术是滤料制备技术的主要趋势。微米级纤维由于尺度原因已经不能满足对于过滤纸高效低阻的追求，而单一材料和工艺制备的滤纸性能提升空间也十分有限。纳米材料由于其尺度极小，相同质量的纳米材料相对于微米级材料具有更大比表面积，从而增加了颗粒物被拦截或者接触的几率，从而具有更高的过滤效率。在不增加滤纸定量的情况下，采用更加细小的纤维，能显著增加滤纸纤维截面积，从而提高滤纸的过滤效率。但是，上述许多纳米纤维滤材多采用纺粘、熔喷结合静电纺丝、离心纺等干法工艺制备或者是先采用湿法工艺制作基材，再结合干法工艺制备纳米层。基于干法工艺制备纳米纤维滤纸的方式，存在生产成本较高，滤纸制备的结构形式较为单一的问题，且目前滤纸采用的纳米纤维主要是亚微米范围。

而提高使用寿命，其中最主要的就是提高滤纸的容尘量，采用合理滤纸结构设计，可以提高容尘量。华南理工大学的研究人员通过深度原纤化获得了平均直径240nm的超细纤维，通过湿法造纸，制造多层空气滤纸，具有较好的容尘量。然而其采用深度原纤维化方法，能耗过高，生产效率较低，采用的滤纸材料种类单一。

发明内容

基于此，有必要提供一种能耗低、生产效率高，同时具有高效低阻和高容污量特点的碳纳米管复合梯度结构滤纸的制备方法。

一种碳纳米管复合梯度结构滤纸的制备方法，包括如下步骤：

制备粗滤层纤维分散液：将粗滤层纤维疏解分散在水中，即得；

制备中间层纤维分散液：将中间层纤维疏解分散在水中，并将碳纳米管吸附于所述中间层纤维上，即得；

制备精滤层纤维分散液：将精滤层纤维疏解分散在水中，并将碳纳米管吸附于精滤层纤维上，即得；

成型：将所述粗滤层纤维分散液输送到成型网上，脱水成型，得粗滤层湿纸幅；然后将所述中间层纤维分散液输送到所述粗滤层湿纸幅上脱水成型，形成中间层湿纸幅；最后将所述精滤层纤维分散液，输送到所述中间层湿纸幅上，脱水成型，形成精滤层湿纸幅；成型后得湿纸幅；

干燥：将所述湿纸幅进行干燥处理，即获得所述碳纳米复合梯度结构滤纸。

在其中一个实施例中，所述碳纳米管的直径100nm；长径比为100～5000。

在其中一个实施例中，所述粗滤层纤维、中间层纤维、精滤层纤维的平均直径依次递减。

在其中一个实施例中，所述粗滤层纤维的平均直径为5～15μm、中间层纤维的平均直径0.5～2μm、精滤层纤维的平均直径50～200nm。

在其中一个实施例中，所述粗滤层纤维、中间层纤维和精滤层纤维分别任选自纸浆纤维、天丝纤维、芳纶浆粕、玻璃纤维、聚酯纤维和ES纤维中的一种或者多种。

在其中一个实施例中，所述成型步骤后，对所述湿纸幅进行施胶。