[发明专利]一种复合纳米纤维膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了复合纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：1)制备氧化石墨烯分散液；2)将纳米二氧化硅粉末和聚丙烯腈加入到氧化石墨烯分散液中，随后加入金属离子，得到静电纺丝溶液；3)将静电纺丝溶液通过静电纺丝，得到复合纳米纤维膜。通过氧化石墨烯纳米颗粒的加入提高粗糙度及吸附性能，进一步提高复合纳米纤维膜的过滤效果，在不影响过滤效率的情况下，过滤阻力降到40.67Pa，降幅较大；通过添加金属离子，使复合纳米纤维膜在过滤的同时具有优良的抗菌性。本发明制备得到的复合纳米纤维膜可以制备成高效低阻抑菌的空气过滤材料，适用于室内空气过滤和PM2.5个体防护，具有很好的实用价值。

技术领域

本发明属于纳米纤维膜技术领域，具体涉及一种复合纳米纤维膜及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，随着工业生产和汽车工业的高速发展，使得环境污染加剧，特别是可吸入颗粒物如PM2.5(俗称雾霾，又称为细颗粒物)，已成为现阶段人们最为关注的指标之一。PM2.5能较长时间悬浮于空气中，其在空气中含量浓度越高，就代表空气污染越严重，它已经严重威胁到人们的健康，对生活质量的改善和环境净化的要求显得十分迫切。因此，开发高性能的过滤材料是行之有效的措施之一。

空气过滤材料主要包括纤维过滤材料、膜过滤材料、多孔碳材料(如活性炭等)、多孔陶瓷材料(如沸石等)及多孔金属材料等。纤维空气过滤材料以其工艺简单、成本低廉、结构易控、优良的滤效等优点迅速发展起来。而纳米纤维空气过滤材料则以纤维直径小、比表面积大、孔隙率高等特点，迅速引起了人们的重视。近年来，静电纺纳米纤维以其极大的比表面积和孔隙率、极高的过滤精度等优势而得到过滤材料研究者的青睐。利用静电纺丝方法可以得到直径为几十或几百纳米的纳米级纤维，很适合用作过滤材料。把静电纺纳米纤维产品应用到空气过滤技术中，将为制造高精度的空气过滤材料提供一种新的途径。

目前利用静电纺丝方法制备的过滤材料的过滤阻力比较大，不能满足市场的需求。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种复合纳米纤维膜的制备方法，增加了氧化石墨烯进行改性，降低了过滤阻力。

本发明的目的之二在于提供一种复合纳米纤维膜，具有更低的过滤阻力，同时还具有抗菌性。

本发明的目的之三在于提供所述复合纳米纤维膜的应用。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种复合纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：

1)制备氧化石墨烯分散液；

2)配制静电纺丝溶液：

将纳米二氧化硅粉末和聚丙烯腈加入到步骤1)得到的氧化石墨烯分散液中，加热搅拌，随后加入金属离子，混合均匀得到静电纺丝溶液；

其中，按质量百分比计算，聚丙烯腈：金属离子：静电纺丝溶液＝(10～15)：(0.5～4.5)：100；

氧化石墨烯：纳米二氧化硅粉末：聚丙烯腈＝(0.3～2)：(2～6)：100；

3)将步骤2)中的静电纺丝溶液通过静电纺丝，得到复合纳米纤维膜。

进一步，步骤1)具体为：将氧化石墨烯置于溶剂中，通过超声处理，得到氧化石墨烯分散液；

进一步，步骤1)中，溶剂采用N,N二甲基乙酰胺或二甲基亚砜。

进一步，步骤1)中，超声处理时间为30～120min。

进一步，金属离子具体为Ag、Cu、Fe和W元素中的任意一种或任意两种金属离子。

进一步，静电纺丝条件为：针头距接收器的距离15cm～25cm，纺丝电压为12KV～18KV。