一種防靜電高性能煙氣凈化濾料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種防靜電高性能煙氣濾料的制備方法，采用靜電紡絲技術結合納米材料改性技術，制備出具有導電和耐熱耐磨性能的納米纖維濾料，提高煙氣凈化濾料的防靜電與耐高溫耐磨性能。本發(fā)明制得的防靜電高性能煙氣凈化濾料可有效的提高膜濾料在使用過程中內部的靜電耗散速度；且由于濾料纖維復合了納米尺寸粒子，可大大提高濾料的抗粉塵沖刷磨損性，延長了使用壽命，擴大了濾料的應用范圍。經評價測試其中一種濾料性能，膜表面電阻率小于1.2×103Ω，耐磨性能與無納米材料改性同材質濾料相比提高260%以上。
【專利說明】一種防靜電高性能煙氣凈化濾料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及煙氣凈化濾料的制備，具體涉及一種防靜電耐溫耐磨煙氣凈化濾料的制備方法，屬于煙氣凈化領域。
【背景技術】
[0002]隨著國家對環(huán)保治理的越來越嚴格，人們對工業(yè)煙塵污染綜合治理技術越來越關注和重視。袋式除塵技術由于過濾效率高、使用壽命長等優(yōu)點，在工業(yè)煙塵治理領域應用越來越廣。濾料作為袋式除塵的關鍵部件，其性能的優(yōu)劣決定了整個系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。因此，在綜合治理鋼鐵冶煉、垃圾焚燒、燃煤電廠、水泥、化工等行業(yè)存在高危(可燃、易爆)煙塵時，由于濾料積聚靜電打火，造成爆燃甚至爆炸等風險，從而對濾料的防靜電和耐高溫性能提出了更高的要求。一般的工業(yè)粉塵在濃度達到一定程度后(即爆炸極限)如遇靜電放電火花或外界點火等因素，則極易導致爆炸和火災。如:面粉塵、化工性粉塵、煤粉塵等如遇靜電放電都有爆炸的可能。在袋式除塵領域，如上述粉塵需用布袋來收集，則要求制作除塵布袋的濾料具有防靜電性。
[0003]目前，制備防靜電濾膜主要是采用添加抗靜電劑或與其它導電分子材料共混技術、添加導電填料等。利用常用纖維材料與經過改性后具有導電性能聚合物的纖維進行混紡的方法制造防靜電高性能濾料，由于經改性后的導電纖維性能受煙氣溫度、腐蝕性氣體、濕度等工況條件影響較大，大大限制了該濾料的應用范圍。通過添加導電填料，摻入高分子材料基體，增強材料的導電性，可加快材料表面的靜電轉移。目前可采用表面處理法(如夕卜涂法、鍍層法、層壓復合)來實現(xiàn)。但是表面處理法只局限于在材料表面涂覆一層導電涂料以提高抗靜電性能，很難控制內表面電阻處于較低的范圍，靜電耗散速度較慢，同時防靜電層性能不持久可靠。目前采用這些技術制備的煙氣凈化濾料，存在導電性差、機械強度差、耐磨性和耐高溫性低下等問題。

【發(fā)明內容】

[0004]針對現(xiàn)有煙氣濾料普遍存在導電性差、機械強度差、耐磨性和耐高溫性低下等問題，本發(fā)明提出了一種防靜電高性能煙氣凈化濾料的制備方法。采用靜電紡絲技術結合納米材料改性技術，通過添加納米導電顆粒物至紡絲用溶液中制備出具有納米導電粒子納米纖維濾料，提高膜的導電、防靜電性能與耐高溫耐磨性能。具體而言，本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn)本發(fā)明的目的。
[0005]一種防靜電高性能煙氣凈化濾料的制備方法，包括以下步驟:
(1)將氧化石墨烯、納米導電材料溶于有機溶劑中，在超聲作用下形成分散均勻的分散
劑；
(2)將耐高溫高分子材料與步驟(I)中的分散劑共混溶解形成均勻紡絲溶液，采用靜電紡絲技術制備具有納米材料改性的復合納米纖維濾料，納米導電材料、氧化石墨烯附著在單根耐高溫高分子纖維的內部和表面； 上述納米導電材料:氧化石墨烯:耐高溫高分子材料的質量比為0.5?250:1:50?1200。
[0006]加入氧化石墨烯的目的是分散納米導電粒子，以便在超聲作用下形成分散均勻的分散劑。
[0007]將上述步驟中制得的復合納米纖維濾料在真空或惰性氣體保護下進行熱處理，還原氧化石墨烯為石墨烯，以進一步提高復合納米纖維濾料的導電性。納米導電材料、石墨烯附著在單根耐高溫高分子纖維的內部和表面。熱處理的溫度為50?300°C。
[0008]上述步驟(I)中的納米導電材料指納米級尺寸的導電材料,優(yōu)選納米石墨烯、單壁碳納米管、多壁碳納米管等的一種或幾種混合。
[0009]上述步驟(2)中的耐高溫高分子材料指具有耐高溫性能的高分子材料，優(yōu)選聚偏氟乙烯(PVDF)、聚醚砜(PES)、聚醚醚酮、聚苯并惡唑、芳綸、聚酰亞胺等的一種或幾種混
口 ο
[0010]上述步驟(I)所述有機溶劑指能溶解氧化石墨烯、納米導電材料和耐高溫高分子材料的溶劑，優(yōu)選二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亞砜的一種或幾種混合。
[0011]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明制得的防靜電高性能煙氣凈化濾料可有效提高膜濾料在使用過程中內部的靜電耗散速度；且由于濾料纖維復合納米尺寸粒子，可大大提高濾料的抗粉塵沖刷磨損性，延長了使用壽命，擴大了濾料的應用范圍。因此，本發(fā)明制得的防靜電高性能煙氣凈化濾料的可廣泛用于燃煤電廠、鋼鐵冶煉、水泥、垃圾焚燒、化工等工業(yè)可燃、易爆煙塵的治理中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1 PVDF參雜石墨烯的納米纖維SEM圖。
【具體實施方式】
[0013]下面通過實施例并結合附圖對本發(fā)明進一步闡述，但并不限制本發(fā)明。
[0014]實施例1
加入0.0lg的氧化石墨烯、0.25g的石墨烯至50ml 二甲基甲酰胺溶液中，超聲分散均勻，再加入5g PVDF，60° C水浴加熱至溶解均勻，得到均勻溶液。將溶液注入注射器中，通過控制溶液的進液速度為13 μ 1/min和控制紡絲電壓為22kv,得到附著有氧化石墨烯、石墨烯的PVDF納米纖維膜。PVDF納米纖維的平均直徑為750nm，膜的厚度為80 μ m。
[0015]在200°C真空烘箱中熱處理PVDF納米纖維膜60min，得到防靜電PVDF納米纖維膜，其SEM圖如圖1所示。評價測試膜的電阻率及耐磨性能，防靜電PVDF納米纖維膜表面電阻率可達2X IO3 Ω，耐磨性能與無納米材料改性同材質濾料相比提高220%以上。
[0016]實施例2
加入0.005g的氧化石墨烯、0.05g的單壁碳納米管至50ml 二甲基乙酰胺溶液中，超聲分散均勻，再加入5g芳綸1313，500C水浴加熱至溶解均勻，得到均勻溶液。將溶液注入注射器中，通過控制溶液的進液速度13 μ 1/min和控制電壓25kv,得到附著有氧化石墨烯和單壁碳納米管的芳綸1313納米纖維過濾膜。芳綸1313納米纖維的平均直徑為850nm，膜的厚度為72 μ m。[0017]在50°C真空烘箱中熱處理芳綸1313納米纖維過濾膜lOOmin，得到防靜電芳綸1313納米纖維過濾膜。評價測試膜的電阻率及耐磨性能，防靜電芳綸1313納米纖維過濾膜表面電阻率學小于3.5 X IO3 Ω，耐磨性能與無納米材料改性同材質濾料相比提高200%以上。
[0018]實施例3
加入0.0lg的氧化石墨烯、0.1g的多壁碳納米管至50ml 二甲基亞砜溶液中，超聲分散均勻，再加入IOg聚酰亞胺，磁力攪拌12h至溶解均勻，得到均勻溶液。將溶液注入注射器中，通過控制溶液的進液速度12 μ Ι/min和控制電壓24kv，得到附著有氧化石墨烯、多壁碳納米管的聚酰亞胺納米纖維過濾膜。聚酰亞胺納米纖維的平均直徑為680nm，膜的厚度為88 μ m0
[0019]300°C真空烘箱中熱處理聚酰亞胺納米纖維膜60min，得到防靜電聚酰亞胺納米纖維過濾膜。評價測試膜的電阻率及耐磨性能，防靜電聚酰亞胺納米纖維過濾膜表面電阻率小于1.2 X IO3 Ω，耐磨性能與無納米材料改性同材質濾料相比提高250%以上。
[0020]實施例4
加入0.0lg的氧化石墨烯、0.0lg的多壁碳納米管至50ml 二甲基甲酰胺溶液中，超聲分散均勻，再加入12g聚醚砜(PES)，磁力攪拌6h至溶解均勻，得到均勻溶液。將溶液注入注射器中，通過控制溶液的進液速度8 μ Ι/min和控制電壓24kv，得到附著有氧化石墨烯、多壁碳納米管的聚醚砜納米纖維過濾膜。聚醚砜(PES)納米纖維的平均直徑為200nm，膜的厚度為60 μ m。
[0021]在300°C真空烘箱中熱處理聚醚砜納米纖維膜60min，得到防靜電聚醚砜納米纖維過濾膜。評價測試膜的電阻率及耐磨性能，防靜電聚醚砜納米纖維過濾膜表面電阻率小于IX IO3 Ω，耐磨性能與無納米材料改性同材質濾料相比提高150%以上。
【權利要求】
1.一種防靜電高性能煙氣凈化濾料的制備方法，包括以下步驟: (1)將氧化石墨烯、納米導電材料溶于有機溶劑中，在超聲作用下形成分散均勻的分散劑； (2)將耐高溫高分子材料與步驟(I)中的分散劑共混形成均勻紡絲溶液，采用靜電紡絲技術制備具有納米材料改性的復合納米纖維濾料；納米導電材料:氧化石墨烯:耐高溫高分子材料的質量比為0.5?250:1:50?1200。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種防靜電高性能煙氣凈化濾料的制備方法，其特征在于，將復合納米纖維濾料在真空或惰性氣體保護下熱處理，還原氧化石墨烯為石墨烯。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種防靜電高性能煙氣凈化濾料的制備方法，其特征在于,步驟(I)中的納米導電材料優(yōu)選納米石墨烯、單壁碳納米管、多壁碳納米管。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的一種防靜電高性能煙氣凈化濾料的制備方法，其特征在于，步驟(I)所述有機溶劑優(yōu)選二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亞砜。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的一種防靜電高性能煙氣凈化濾料的制備方法，其特征在于，步驟(2)中的耐高溫高分子材料優(yōu)選聚偏氟乙烯、聚醚砜、芳綸、聚酰亞胺。
6.根據(jù)權利要求2所述的一種防靜電高性能煙氣凈化濾料的制備方法，其特征在于，所述熱處理的溫度范圍優(yōu)選5(T300°C。
【文檔編號】D04H1/728GK103768864SQ201410034351
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月24日 優(yōu)先權日:2014年1月24日
【發(fā)明者】任以偉, 周歡, 田恩玲, 王興組, 李靜 申請人:中國科學院重慶綠色智能技術研究院