[发明专利]一种有效阻隔PM2.5的复合过滤材料及其在防护口罩中的应用

说明书

本发明公开了一种有效阻隔PM2.5的复合过滤材料及其在防护口罩中的应用。所述有效阻隔PM2.5的复合过滤材料，包括以下步骤制备而成：S1、将活化后的活性炭经过硅烷偶联剂得到改性活性炭；S2、纤维素与氨基酸、1‑乙基‑(3‑二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺和4‑二甲氨基吡啶反应得到中间体A，再经过高锰酸钾氧化得到中间体D；S3、将改性活性炭和中间体D进行反应得到有效阻隔PM2.5的复合过滤材料。本发明制备得到的有效阻隔PM2.5的复合过滤材料可以应用于防护口罩中，使得防护口罩对PM2.5具有良好的过滤性能和抗菌性能。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种有效阻隔PM2.5的复合过滤材料及其在防护口罩中的应用。

背景技术

PM2.5是指空气环境中空气动力学直径小于或等于2.5um的颗粒物，也被称为可入肺颗粒物。

防护口罩是以人体呼吸力(一般为30-50Pa)为净化动力，净化大气环境以满足人体对洁净空气的需求，相对建筑环境空间中的机械动力具有低阻特性。东华大学的杨磊曾针对SARS病毒事件对市场常用的多种自吸过滤式防护口罩净化城市颗粒物的性能进行了研究，结果显示纱布过滤效率较低，约为9-39.2％，但是其阻力也低，约为1-47Pa；一般非织造布过滤效率在2.8-99.8％之间，阻力变化范围为9-157Pa；高孔隙率驻极体纤维滤料过滤效率和阻力范围分别为 80.6-99.9％、4-72Pa，具有高效低阻的良好性能，适用于口罩的过滤材料。

目前用于提升PM2.5的过滤效率主要采取三种手段：添加吸附材料、驻极、减小过滤材料的孔径。中国发明专利(申请号：202110078122.2)公开了一种生物质基氮掺杂活性炭口罩的制法及应用，，以三嗪环交联纤维素作为生物质碳源，三嗪环作为氮源，通过高温碳化和氯化锌制孔，得到生物质基氮掺杂活性炭，孔隙结构丰富，比表面积更大，为PM2.5等细微颗粒提供巨大的吸附空间，并且氮掺杂在活性炭碳层结构中形成大量的吡啶氮、石墨氮等含氮官能团，而含氮官能团的孤对电子对甲醛具有很强吸附作用，可以作为甲醛的活性吸附位点，同时石墨氮结构增大碳层周围电子云密度，通过对甲醛结构中的羰基正离子的静电吸引力，从而使生物质基氮掺杂活性炭口罩对甲醛等有毒气体，以及PM2.5具有优异的吸附效果，尽管该发明具有良好的吸附效果，但是口罩的抗菌性很差，长时间使用容易引起细菌感染，对脸部肌肤造成不适，因此，急需要研发一种既具有抗菌性能又同时具有抗菌性能较好的能够应用于口罩中的过滤材料。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明提供了一种有效阻隔PM2.5的复合过滤材料及其在防护口罩中的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种有效阻隔PM2.5的复合过滤材料，由以下步骤制备而成：

S1、将活性炭与0.5-2mol/L的氢氧化钠水溶液按质量比1：(15-30)混合均匀，在400-800rpm下搅拌3-6h，过滤、干燥后再置于70-800℃、 0.05-0.3g/min的水蒸气下进行处理1-3h，得到活化的活性炭；将4-8重量份活化的活性炭和60-150重量份无水乙醇混合，在超声功率300-500W、超声频率30-60kHz下超声20-50min，加入0.8-2重量份硅烷偶联剂，在60-80℃、 300-500rpm下搅拌2-5h，洗涤，干燥，得到改性活性炭；

S2、将纤维素溶于0.3-1mol/L的吗啉乙磺酸缓冲液中，其中纤维素的浓度为2-5wt％；加入氨基酸、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺和4-二甲氨基吡啶，在500-800rpm下搅拌10-30min，再置于30-40℃、500-800rpm下反应3-8h，洗涤，干燥，得到中间体A；所述纤维素、氨基酸、1-乙基-(3- 二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺、4-二甲氨基吡啶的质量比为(2-5):(0.5-2): (1-2):(1-3)；