一种复合式空气除尘滤袋及其制备方法与流程

1.本发明涉及除尘滤袋制备技术领域，具体涉及一种复合式空气除尘滤袋及其制备方法。


背景技术：

2.当前我国空气污染非常严重，大面积雾霾事件频繁发生，已经严重影响了人们的正常生活，频繁发生的雾霾天气也引起了国内外的广泛关注。雾霾中的主要成分是pm2.5，这些细小颗粒物对人体有极大的危害，通过人们的呼吸可以直接进入支气管，并被人体吸收引发包括哮喘、支气管炎、尘肺和心血管病等众多疾病。同时，pm2.5中有不少可溶性的粒子，如硫酸盐、硝酸盐、铵盐以及有机酸盐等，这些粒子的吸水性很强，这些可溶性粒子极容易吸附水气，而形成灰霾天气。这种天气严重地降低了空气的能见度，可导致交通事故，造成人员伤亡和财产损失。
3.专利文献cn103505942a采用熔喷法制备了纳米纤维过滤材料，详细说明了纳米纤维在小颗粒粉尘过滤方面的优势，但制备的材料无法在高温下长期使用，且材料强度低，无法承受多次高压脉冲清洗。专利文献cn101795747a描述了一种含有纳米纤维的空气过滤器滤料，详细说明了高效低阻滤料制备的可行性，但该滤料的纳米纤维层保护效果差，无法自动清灰，纳米纤维滤料的重复连续使用性较差。cn102527158a描述了一种耐高温过滤材料，使用聚苯硫醚或聚四氟乙烯纳米纤维，但制备的材料孔隙较大，对小颗粒粉尘过滤效率较低。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种复合式空气除尘滤袋及其制备方法，解决传统的过滤材料对小颗粒粉尘过滤效率低以及强度低技术问题。
5.为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：
6.一种复合式空气除尘滤袋的制备方法，包括如下步骤：
7.(1)制备吡咯基聚苯乙烯：向己烷溶剂中加入苯乙烯与1
‑
(4
‑
乙烯基苄基)吡咯烷，搅拌溶解，然后向其中加入四甲基乙二胺和正丁基锂进行反应，待反应结束后，再向溶剂中加入乙醇，蒸干溶剂，即得到吡咯基聚苯乙烯；
8.(2)制备吡咯基聚苯乙烯包覆纳米二氧化硅：将步骤(1)得到的吡咯基聚苯乙烯溶解在四氯化碳中，然后向其中加入纳米二氧化硅，超声分散均匀后，再向其中加入氯化铝进行交联反应，待反应结束后，将反应产物进行过滤、洗涤、干燥，即得到吡咯基聚苯乙烯包覆纳米二氧化硅；
9.(3)制备纺丝液：向去离子水中加入涤纶纤维、吡咯基聚苯乙烯包覆纳米二氧化硅、无机结合剂、有机粘结剂、分散剂、固化剂和偶联剂，恒温搅拌均匀，即得到纺丝液；
10.(4)制备空气除尘滤袋：将纺丝液注入带有金属针头的注射器中，进行静电纺丝，然后编织成除尘滤袋。
11.优选的，步骤(1)中，苯乙烯，1
‑
(4
‑
乙烯基苄基)吡咯烷，四甲基乙二胺和正丁基锂的质量比为100:15
‑
40:30
‑
40:18
‑
22。
12.优选的，反应温度为50
‑
80℃，反应时间为2
‑
3h。
13.优选的，步骤(2)中，吡咯基聚苯乙烯、四氯化碳、纳米二氧化硅和氯化铝的质量比为100:800
‑
1200:180
‑
250:60
‑
80。
14.优选的，步骤(2)中，交联反应的温度为75
‑
90℃，反应时间为18
‑
36h。
15.优选的，步骤(3)中，涤纶纤维、吡咯基聚苯乙烯包覆纳米二氧化硅、无机结合剂、有机粘结剂、分散剂、固化剂、偶联剂和水的质量比为25
‑
40:20
‑
40:20
‑
40:30
‑
50:2
‑
8:5
‑
8:1
‑
3:100。
16.优选的，步骤(3)中，所述无机结合剂为正硅酸乙酯，所述有机粘结剂包括甲基纤维素、聚乙烯醇和淀粉中的至少一种，所述分散剂为聚二甲基硅氧烷，所述固化剂为异氰酸酯，所述偶联剂为kh
‑
560、kh
‑
590、si
‑
602和si
‑
780中的至少一种。
17.优选的，步骤(3)中，恒温搅拌的温度为80
‑
100℃，恒温搅拌时间为120
‑
180min。
18.优选的，步骤(4)中，纺丝电压为+20.5kv，针头至接收板距离为15cm，纺丝时间为90
‑
120min。
19.本发明还提供一种由上述制备方法得到的复合式空气除尘滤袋。
20.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
21.(1)本发明提供一种复合式空气除尘滤袋及其制备方法，本发明通过对滤袋原丝纤维进行改性降低了原丝纤维的直径，同时在聚苯乙烯上引入吡咯基官能团，丰富了纤维的自身结构，同时通过交联反应在基体内均匀负载纳米二氧化硅，不仅能有效抑制叠加时大孔隙的出现，而且还能降低纤维自由交叉形成的网络空隙，从而达到抑制pm2.5颗粒流动的目的，此外二氧化硅是良好的无机驻极体材料，能够长期储存空间电荷和偶极矩电荷，使用其制备的非织造材料能够稳定长期的保持静电荷，通过静电吸附作用来过滤带电粉尘微粒，提升过滤性能。
22.(2)本发明提供一种复合式空气除尘滤袋及其制备方法，本发明采用涤纶纤维和吡咯基聚苯乙烯包覆纳米二氧化硅双纤维混纺形成多层阶纤维交叉结构，使纤维的空间堆砌结构更为复杂，纳米二氧化硅粉末更容易形成微米
‑
纳米二级粗结构，这种结构具有良好的疏水性，使混纺丝具有更加优异的强度。
具体实施方式
23.以下通过具体较佳实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明并不仅限于以下的实施例。
24.需要说明的是，无特殊说明外，本发明中涉及到的化学试剂均通过商业渠道购买。
25.实施例1
26.一种复合式空气除尘滤袋的制备方法，包括如下步骤：
27.(1)制备吡咯基聚苯乙烯：向200g己烷溶剂中加入100g苯乙烯与15g1
‑
(4
‑
乙烯基苄基)吡咯烷，搅拌溶解，然后向其中加入30g四甲基乙二胺和18g正丁基锂，在50℃下反应2h，待反应结束后，再向溶剂中加入乙醇，蒸干溶剂，即得到吡咯基聚苯乙烯；
28.(2)制备吡咯基聚苯乙烯包覆纳米二氧化硅：将100g步骤(1)得到的吡咯基聚苯乙
烯溶解在800g四氯化碳中，然后向其中加入180g纳米二氧化硅，超声分散均匀后，再向其中加入60g氯化铝，在80℃下反应18h，待反应结束后，将反应产物进行过滤、洗涤、干燥，即得到吡咯基聚苯乙烯包覆纳米二氧化硅；
29.(3)制备纺丝液：向100g去离子水中加入25g涤纶纤维、20g吡咯基聚苯乙烯包覆纳米二氧化硅、20g正硅酸乙酯、30g甲基纤维素、2g聚二甲基硅氧烷、5g异氰酸酯和1gkh
‑
560，置于恒温磁力搅拌器中在80℃下恒温搅拌120min，即得到纺丝液；
30.(4)制备空气除尘滤袋：将纺丝液注入带有金属针头的注射器中，使用静电纺丝机进行静电纺丝，设置纺丝电压为+20.5kv，针头至接收板距离为15cm，接收板表面覆有铝箔，环境室温25℃，相对湿度30％，纺丝时间90min，最后编织成空气除尘滤袋。
31.实施例2
32.一种复合式空气除尘滤袋的制备方法，包括如下步骤：
33.(1)制备吡咯基聚苯乙烯：向200g己烷溶剂中加入100g苯乙烯与25g1
‑
(4
‑
乙烯基苄基)吡咯烷，搅拌溶解，然后向其中加入38g四甲基乙二胺和20g正丁基锂，在60℃下反应2h，待反应结束后，再向溶剂中加入乙醇，蒸干溶剂，即得到吡咯基聚苯乙烯；
34.(2)制备吡咯基聚苯乙烯包覆纳米二氧化硅：将100g步骤(1)得到的吡咯基聚苯乙烯溶解在1000g四氯化碳中，然后向其中加入200g纳米二氧化硅，超声分散均匀后，再向其中加入60g氯化铝，在85℃下反应18h，待反应结束后，将反应产物进行过滤、洗涤、干燥，即得到吡咯基聚苯乙烯包覆纳米二氧化硅；
35.(3)制备纺丝液：向100g去离子水中加入30g涤纶纤维、25g吡咯基聚苯乙烯包覆纳米二氧化硅、25g正硅酸乙酯、25g甲基纤维素、4g聚二甲基硅氧烷、6g异氰酸酯和1gkh
‑
560，置于恒温磁力搅拌器中在80℃下恒温搅拌120min，即得到纺丝液；
36.(4)制备空气除尘滤袋：将纺丝液注入带有金属针头的注射器中，使用静电纺丝机进行静电纺丝，设置纺丝电压为+20.5kv，针头至接收板距离为15cm，接收板表面覆有铝箔，环境室温25℃，相对湿度30％，纺丝时间90min，最后编织成空气除尘滤袋。
37.实施例3
38.一种复合式空气除尘滤袋的制备方法，包括如下步骤：
39.(1)制备吡咯基聚苯乙烯：向200g己烷溶剂中加入100g苯乙烯与30g1
‑
(4
‑
乙烯基苄基)吡咯烷，搅拌溶解，然后向其中加入36g四甲基乙二胺和18g正丁基锂，在80℃下反应2h，待反应结束后，再向溶剂中加入乙醇，蒸干溶剂，即得到吡咯基聚苯乙烯；
40.(2)制备吡咯基聚苯乙烯包覆纳米二氧化硅：将100g步骤(1)得到的吡咯基聚苯乙烯溶解在1100g四氯化碳中，然后向其中加入210g纳米二氧化硅，超声分散均匀后，再向其中加入65g氯化铝，在85℃下反应20h，待反应结束后，将反应产物进行过滤、洗涤、干燥，即得到吡咯基聚苯乙烯包覆纳米二氧化硅；
41.(3)制备纺丝液：向100g去离子水中加入35g涤纶纤维、30g吡咯基聚苯乙烯包覆纳米二氧化硅、35g正硅酸乙酯、25g淀粉、4g聚二甲基硅氧烷、6g异氰酸酯和2gkh
‑
560，置于恒温磁力搅拌器中在80℃下恒温搅拌120min，即得到纺丝液；
42.(4)制备空气除尘滤袋：将纺丝液注入带有金属针头的注射器中，使用静电纺丝机进行静电纺丝，设置纺丝电压为+20.5kv，针头至接收板距离为15cm，接收板表面覆有铝箔，环境室温25℃，相对湿度30％，纺丝时间90min，最后编织成空气除尘滤袋。
43.实施例4
44.一种复合式空气除尘滤袋的制备方法，包括如下步骤：
45.(1)制备吡咯基聚苯乙烯：向200g己烷溶剂中加入100g苯乙烯与40g1
‑
(4
‑
乙烯基苄基)吡咯烷，搅拌溶解，然后向其中加入35g四甲基乙二胺和21g正丁基锂，在75℃下反应2h，待反应结束后，再向溶剂中加入乙醇，蒸干溶剂，即得到吡咯基聚苯乙烯；
46.(2)制备吡咯基聚苯乙烯包覆纳米二氧化硅：将100g步骤(1)得到的吡咯基聚苯乙烯溶解在1200g四氯化碳中，然后向其中加入240g纳米二氧化硅，超声分散均匀后，再向其中加入75g氯化铝，在90℃下反应36h，待反应结束后，将反应产物进行过滤、洗涤、干燥，即得到吡咯基聚苯乙烯包覆纳米二氧化硅；
47.(3)制备纺丝液：向100g去离子水中加入35g涤纶纤维、35g吡咯基聚苯乙烯包覆纳米二氧化硅、35g正硅酸乙酯、25g聚乙烯醇、6g聚二甲基硅氧烷、6g异氰酸酯和2gkh
‑
560，置于恒温磁力搅拌器中在80℃下恒温搅拌120min，即得到纺丝液；
48.(4)制备空气除尘滤袋：将纺丝液注入带有金属针头的注射器中，使用静电纺丝机进行静电纺丝，设置纺丝电压为+20.5kv，针头至接收板距离为15cm，接收板表面覆有铝箔，环境室温25℃，相对湿度30％，纺丝时间90min，最后编织成空气除尘滤袋。
49.实施例5
50.一种复合式空气除尘滤袋的制备方法，包括如下步骤：
51.(1)制备吡咯基聚苯乙烯：向200g己烷溶剂中加入100g苯乙烯与38g1
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(4
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乙烯基苄基)吡咯烷，搅拌溶解，然后向其中加入38g四甲基乙二胺和20g正丁基锂，在50℃下反应2h，待反应结束后，再向溶剂中加入乙醇，蒸干溶剂，即得到吡咯基聚苯乙烯；
52.(2)制备吡咯基聚苯乙烯包覆纳米二氧化硅：将100g步骤(1)得到的吡咯基聚苯乙烯溶解在1200g四氯化碳中，然后向其中加入200g纳米二氧化硅，超声分散均匀后，再向其中加入80g氯化铝，在85℃下反应32h，待反应结束后，将反应产物进行过滤、洗涤、干燥，即得到吡咯基聚苯乙烯包覆纳米二氧化硅；
53.(3)制备纺丝液：向100g去离子水中加入40g涤纶纤维、40g吡咯基聚苯乙烯包覆纳米二氧化硅、40g正硅酸乙酯、25g聚乙烯醇、8g聚二甲基硅氧烷、8g异氰酸酯和2gkh
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560，置于恒温磁力搅拌器中在80℃下恒温搅拌120min，即得到纺丝液；
54.(4)制备空气除尘滤袋：将纺丝液注入带有金属针头的注射器中，使用静电纺丝机进行静电纺丝，设置纺丝电压为+20.5kv，针头至接收板距离为15cm，接收板表面覆有铝箔，环境室温25℃，相对湿度30％，纺丝时间90min，最后编织成空气除尘滤袋。
55.对比例1
56.一种空气除尘滤袋的制备方法，包括如下步骤：
57.(1)制备纺丝液：向100g去离子水中加入40g涤纶纤维、40g正硅酸乙酯、25g聚乙烯醇、8g聚二甲基硅氧烷、8g异氰酸酯和2gkh
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560，置于恒温磁力搅拌器中在80℃下恒温搅拌120min，即得到纺丝液；
58.(2)制备空气除尘滤袋：将纺丝液注入带有金属针头的注射器中，使用静电纺丝机进行静电纺丝，设置纺丝电压为+20.5kv，针头至接收板距离为15cm，接收板表面覆有铝箔，环境室温25℃，相对湿度30％，纺丝时间90min，最后编织成空气除尘滤袋。
59.将实施例1
‑
4和对比例1所制备的除尘滤袋进行pm2.5去除率的测试，具体步骤为：
将人造烟箱中含有pm2.5成分的烟雾吸入管道，由流量计控制气体流量及颗粒物的质量浓度，随后由pm2.5测试仪测试烟雾中pm2.5质量浓度，烟雾通过过滤袋后重新测试烟雾中pm2.5质量浓度，计算去除率，实验结果如下表所示：
[0060][0061]
从表中可以看出，实施例1
‑
4所制备的除尘滤袋对烟雾中的pm2.5具有良好的去除效果，对比例1中没有添加吡咯基聚苯乙烯包覆纳米二氧化硅，其对pm2.5的去除率明显降低，说明本实施例添加的吡咯基聚苯乙烯包覆纳米二氧化硅对pm2.5具有良好的吸附效果。
[0062]
最后需要说明的是：以上实施例不以任何形式限制本发明。对本领域技术人员来说，在本发明基础上，可以对其作一些修改和改进。因此，凡在不偏离本发明精神的基础上所做的任何修改或改进，均属于本发明要求保护的范围之内。