[發明專利]一種用于空氣過濾的礦物多孔微球基納米纖維及其制備方法

在審

• 申請號: 201910501023.3
• 申請日: 2019-06-11
• 公開（公告）號: CN110193235A
• 公開（公告）日: 2019-09-03
• 發明（設計）人: 張毅;黃宗旺;楊華明;歐陽靜;劉賽男
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B01D39/02
• 分類號: B01D39/02
• 代理公司: 昆明合眾智信知識產權事務所 53113
• 代理人: 張璽

本發明公開了一種用于空氣過濾的礦物多孔微球基納米纖維及其制備方法，礦物多孔微球包裹在所述納米纖維中，形成紡錘狀立體結構。本發明制備的紡絲結構一方面可通過纖維本身對大顆粒物進行攔截，另一方面紡錘狀結點可使纖維之間的大尺寸孔隙變小，從而實現對細顆粒物的有效吸附。此功能負載和結構調控結合為一體的紡絲纖維結構，具備透氣性高、過濾壓差小、PM_2.5捕獲率高及生產成本低的優點。

技術領域

本發明屬于空氣過濾材料技術領域，具體涉及一種用于空氣過濾的礦物多孔微球基納米纖維及其制備方法。

背景技術

靜電紡絲纖維具有孔隙率高、比表面積大、纖維直徑可控及成分多樣的優點，在對環境中PM_2.5過濾吸附方面有良好的應用前景。但是現有的紡絲纖維結構，還存在透氣性低、機械性能差及PM_2.5捕獲率低等問題。在PM_2.5過濾吸附方面，其暫時無法有效兼顧高效過濾與壓差阻力降低，需探索發明一種新型高效低阻的PM_2.5靜電紡絲纖維。

為了解決現有靜電紡絲纖維的短板及優化其對PM_2.5過濾吸附效果，文獻中主要探索了靜電紡絲母體材料、功能化負載、多種形態的纖維復合對其結構設計和過濾吸附性能提升的關系，如下面三個例子：(1)專利CN103952783A中，通過在紡絲母液中加入低沸點溶劑，依靠其快速揮發制備表面多孔的串珠狀纖維結構，依靠比表面積增加來改善過濾性能，但整體多孔的結構使其機械性能較差，以及溶劑揮發對環境的嚴重危害限制了其應用；(2)通過在紡絲纖維中添加磁性納米顆粒，實現保持纖維的原本形貌結構不變而實現功能結構改性，其在外磁場的作用下，對高鐵站、地鐵站和鋼廠等特定場所中的磁性PM_2.5顆粒實現高效過濾(Kim J,Hong S C,Bae G N,et al.Electrospun magnetic nanoparticle-decorated nanofiber filter and its applications to high-efficiency airfiltration[J].Environmental Science&Technology,2017:acs.est.7b02884.)。但是，其需要輔以外磁場，能耗巨大。同時，其添加的磁性納米顆粒在生產過程中對人體的健康威脅很大；(3)中國發明專利CN109157915A和CN106237717A中，分別設計制備多種形態纖維復合的連續多層纖維網絡結構和“三明治”式立體空腔夾層結構，使紡絲纖維過濾效率有所提升，但多層復雜結構一方面使其存在過濾壓差大，透氣性低等缺點，另一方面具有制備過程復雜及成本高等問題，限制了其在實際生產中的應用。

發明內容

針對現有靜電紡絲過濾纖維材料復雜、PM_2.5捕獲率低、透氣性低、過濾壓差大的問題，本發明的目的是在于提供了一種用于空氣過濾的礦物多孔微球基納米纖維及其制備方法，通過靜電紡絲將礦物多孔微球包裹在紡絲纖維中，形成一體化的紡錘狀立體結構。本發明制備的紡絲結構一方面可通過纖維本身對大顆粒物進行攔截，另一方面紡錘狀結點可使纖維之間的大尺寸孔隙變小，從而實現對細顆粒物的有效吸附。此功能負載和結構調控結合為一體的紡絲纖維結構，具備透氣性高、過濾壓差小、PM_2.5捕獲率高及生產成本低的優點。

為了實現上述技術目的，本發明采用如下技術方案：

一種用于空氣過濾的礦物多孔微球基納米纖維，礦物多孔微球包裹在所述納米纖維中，形成紡錘狀立體結構。

優選的，所述的礦物多孔微球選自埃洛石、海泡石和凹凸棒石微球中的一種，微球粒徑為2～4μm。

本發明所述礦物多孔微球可通過現有的任何可行的技術如噴霧造粒法、化學自組裝法等合成，再利用自然沉降-離心分離對微球尺寸進行控制和篩選。

優選的，所述礦物多孔微球基納米纖維中，礦物多孔微球質量占比為5～11wt％。