一种复合过滤纤维材料及其制备方法和应用与流程

本发明属于过滤材料，具体涉及一种复合过滤纤维材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、粗效过滤纤维结合静电增强技术已被广泛应用于颗粒物过滤领域。通过在纤维上负载二维材料，能够有效提高纤维的介电常数从而提高静电增强过滤效率。但高介电性能的过滤纤维相对普通纤维在加电情况下更易形成静电积聚，在长期使用过程中，滤材表面电荷积累，即静电积聚，滤材表面因而形成静电屏蔽，导致过滤效率下降。另外，现有技术中还存在二维材料或其他功能材料负载不牢，容易脱落的问题。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中过滤纤维的过滤效率低、容易形成静电积聚等缺陷，从而提供一种复合过滤纤维材料及其制备方法和应用。

2、为此，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供一种复合过滤纤维材料的制备方法，包括如下步骤：

4、s1，在过滤纤维上原位生长聚多巴胺，得到改性过滤材料；

5、s2，将二氧化钛与氧化石墨烯纳米片混合，进行水热反应，得到纳米复合材料；

6、s3，将纳米复合材料与改性过滤材料进行反应，产物分离，得到复合过滤纤维材料。

7、可选地，步骤s1中，在过滤纤维上原位生长聚多巴胺的步骤包括：将过滤纤维浸入到碱性溶液中，加入多巴胺盐酸盐进行自聚合反应。

8、可选地，所述多巴胺盐酸盐与过滤纤维的质量比为1：2-1：3；

9、和/或，所述自聚合反应在搅拌下进行，反应时间为12h以上；可选地，反应时间为12-24h。

10、可选地，所述碱性溶液为ph值为8.0-9.0的缓冲溶液；

11、和/或，将过滤纤维浸入到碱性溶液中后，搅拌10分钟-30分钟。

12、可选地，步骤s2中，所述水热反应的温度为100-120℃，反应时间为12-24h。

13、可选地，步骤s2中，二氧化钛与氧化石墨烯纳米片的质量比为100：1-10：1；

14、和/或，氧化石墨烯纳米片与过滤纤维的质量比为1:100-1:10000。

15、可选地，步骤s3中，反应温度为50-60℃，反应时间为2-24h；

16、和/或，产物分离后还包括清洗和烘干的步骤；可选地，烘干温度在80℃以下。

17、可选地，所述过滤纤维的材质为芳纶、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚烯烃、聚乳酸、活性炭、玻璃纤维中的任意一种；

18、和/或，所述过滤纤维在1m/s的过滤风速下，单位毫米的阻力小于500pa；

19、和/或，所述二氧化钛的尺寸为5-100nm，所述氧化石墨烯纳米片的尺寸为100-1000nm。

20、本发明还提供一种复合过滤纤维材料，由上述的制备方法制备得到。

21、本发明还提供一种上述的复合过滤纤维材料在静电增强过滤中的应用。典型非限定性地，可广泛应用于室内空气净化、车载空气净化、工业废气处理等领域。

22、本发明中，所述过滤纤维可以通过市售渠道获得，也可以自制，具体可由熔喷或静电纺丝制成，其具体制备方法和参数为领域内常规的，在此不做具体限定。

23、本发明中，所述二维材料可以通过市售渠道获得，也可以通过自制得到，在此不做具体限定。

24、具体地，本发明提供的包含二维材料go(氧化石墨烯纳米片)和半导体材料tio2的复合过滤纤维材料，即在负载了pda的过滤纤维上接枝上键合了半导体材料tio2的go，具体步骤包括：

25、1)利用多巴胺盐酸盐原位生长的方法在过滤纤维上聚合负载pda(聚多巴胺)

26、1-1)所述过滤材料由熔喷或静电纺丝制成，在1m/s的过滤风速下，单位毫米的阻力小于500pa。由芳纶、pet、聚烯烃等高分子材料，或活性炭、玻璃纤维等材料构成；

27、1-2)将过滤材料浸没到由tris盐酸缓冲液调配的ph值为(8.0-9.0)的缓冲溶液中，搅拌10-30分钟，给低阻力、高孔隙的多孔材料营造碱性环境，以便于多巴胺材料的聚合负载。

28、2)接着在上述溶液中加入多巴胺盐酸盐，充分搅拌混合12小时以上，得到由聚多巴胺改性的过滤材料；

29、多巴胺盐酸盐的质量与过滤材料的质量比为1：2到1：3之间。

30、3)通过水热合成反应得到tio2-go纳米复合材料

31、3-1)所述tio2的尺寸为5-100nm，所述go纳米片的尺寸为100-1000nm，go自身带有较多羧基官能团；

32、3-2)将go纳米片加入到去离子水和乙醇的共混溶剂中分散均匀，go纳米片的浓度为0.1-1mg/ml，去离子水和乙醇的体积比为2:1-3:1；

33、3-3)在上述溶液中加入tio2颗粒，tio2和go纳米片的质量比为100:1-10:1；

34、3-4)将上述混合溶液的均匀悬浮液加入到水热合成反应釜中100-120℃高温加热12-24h；

35、3-5)待冷却至室温后，将悬浮液过滤和用去离子水洗涤数次后，并进一步在60℃烘干，得到的产物即为tio2-go复合纳米材料；

36、4)将得到的tio2-go复合纳米材料加入到上述聚多巴胺改性的过滤材料的混合液中，并加热到50-60℃，go上的羧基和聚多巴胺上的氨基在弱碱性条件下进行酰胺化反应2-24h，使得tio2-go接枝在过滤纤维-pda上；

37、5)将上述材料取出清洗至无明显杂质脱落即可，随后干燥；

38、6)干燥温度低于80℃，防止过高温度破坏聚合上的聚多巴胺；

39、7)烘干后得到过滤材料-pda-go-tio2复合材料。

40、本发明技术方案，具有如下优点：

41、本发明提供的复合过滤纤维材料的制备方法，包括如下步骤：s1，在过滤纤维上原位生长聚多巴胺，得到改性过滤材料；s2，将二氧化钛与氧化石墨烯纳米片混合，进行水热反应，得到纳米复合材料；s3，将纳米复合材料与改性过滤材料进行反应，产物分离，得到复合过滤纤维材料。本发明提供的制备方法原位生长在过滤纤维上的聚多巴胺具有一定量的氨基，同时，通过水热法将go和tio2键合，最后go上的羧基和多巴胺上的氨基进行键合反应，合成的酰胺基将go和聚多巴胺连接，得到pda-go-tio2的复合结构，其中，氧化石墨烯纳米片的高介电性能提高过滤纤维的过滤效率，与其匹配的半导体二氧化钛填料的量子隧穿效应导走积聚的电荷，避免长期使用中形成的静电屏蔽，提高过滤滤材的长效性，从而实现长效，高效低阻的过滤颗粒物的目的。同时，相比传统的单纯的机械负载方法更牢固，氧化石墨烯纳米片和二氧化钛粒子不容易脱落。

42、本发明提供的复合过滤纤维材料的制备方法，还具有制备工艺简单、成本低、所得复合纤维材料使用效果好等优点。

技术特征：

1.一种复合过滤纤维材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的复合过滤纤维材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，在过滤纤维上原位生长聚多巴胺的步骤包括：将过滤纤维浸入到碱性溶液中，加入多巴胺盐酸盐进行自聚合反应。

3.根据权利要求2所述的复合过滤纤维材料的制备方法，其特征在于，所述多巴胺盐酸盐与过滤纤维的质量比为1：2-1：3；

4.根据权利要求2所述的复合过滤纤维材料的制备方法，其特征在于，所述碱性溶液为ph值为8.0-9.0的缓冲溶液；

5.根据权利要求1-4任一项所述的复合过滤纤维材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述水热反应的温度为100-120℃，反应时间为12-24h。

6.根据权利要求1-4任一项所述的复合过滤纤维材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中，二氧化钛与氧化石墨烯纳米片的质量比为100：1-10：1；

7.根据权利要求1-6任一项所述的复合过滤纤维材料的制备方法，其特征在于，步骤s3中，反应温度为50-60℃，反应时间为2-24h；

8.根据权利要求1-7任一项所述的复合过滤纤维材料的制备方法，其特征在于，所述过滤纤维的材质为芳纶、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚烯烃、聚乳酸、活性炭、玻璃纤维中的任意一种；

9.一种复合过滤纤维材料，其特征在于，由权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到。

10.一种权利要求9所述的复合过滤纤维材料在静电增强过滤中的应用。

技术总结
本发明属于过滤材料技术领域，具体涉及一种复合过滤纤维材料及其制备方法和应用。本发明提供的制备方法原位生长在过滤纤维上的聚多巴胺具有一定量的氨基，同时，通过水热法将GO和TiO<subgt;2</subgt;键合，最后GO上的羧基和多巴胺上的氨基进行键合反应，合成的酰胺基将GO和聚多巴胺连接，得到PDA‑GO‑TiO<subgt;2</subgt;的复合结构，其中，氧化石墨烯纳米片的高介电性能提高过滤纤维的过滤效率，与其匹配的二氧化钛填料的量子隧穿效应导走积聚的电荷，避免长期使用中形成的静电屏蔽，提高过滤滤材的长效性，从而实现长效，高效低阻的过滤颗粒物的目的。同时，相比传统的单纯的机械负载方法更牢固，氧化石墨烯纳米片和二氧化钛粒子不容易脱落。

技术研发人员：田恩泽,刘骏,刘科海,陈镔,刘开辉,王恩哥
受保护的技术使用者：松山湖材料实验室
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24