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      一種殺菌除醛空氣過濾膜的制作方法

      文檔序號:11495436閱讀:177來源:國知局
      本發(fā)明屬于抗污染空氣過濾凈化應(yīng)用領(lǐng)域,特別涉及一種殺菌除醛空氣過濾膜,該空氣濾膜可作為口罩濾芯材料。
      背景技術(shù)
      :空氣污染是大氣中污染物濃度達到有害程度,超過了環(huán)境質(zhì)量標準和破壞生態(tài)系統(tǒng)和人類正常生活條件,對人和物造成危害的現(xiàn)象。除了由工業(yè)化進程造成的大氣污染外,裝修造成的室內(nèi)空氣污染也不容忽視,在室內(nèi)空氣中存在500多種揮發(fā)性物質(zhì),其中致癌物質(zhì)就有20多種,致病病毒200多種。危害較大的主要有:甲醛、苯、氨以及三氯乙烯等,室內(nèi)空氣污染主要來源于裝修污染中,其原因是在建筑選用的建材中含有害物質(zhì),并且嚴重超標。其主要污染物甲醛對人體的危害具長期性、潛伏性、隱蔽性的特點,長期吸入甲醛可引發(fā)鼻咽癌、喉頭癌等嚴重疾病。面對如此嚴重的空氣污染形式,在個人防護最有效的手段當屬佩戴口罩,目前市面上已經(jīng)出現(xiàn)了多種采用空氣過濾膜作為濾芯材料的口罩,這些產(chǎn)品能夠在一定程度上起到隔絕空氣中固體顆粒狀污染物的作用。但是,市面上的口罩的濾芯材料主要強調(diào)的是過濾功能,過濾效果也參差不齊,且這類濾芯材料即使阻擋了空氣中的固體顆粒物,但對甲醛等污染物仍不能有效清除,同時被過濾的顆粒和細菌容易附著在口罩上貼近口鼻的部位,造成細菌的滋生,形成二次污染,極易引發(fā)呼吸道疾病,危害人體健康。技術(shù)實現(xiàn)要素:本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足,提供一種殺菌除醛空氣過濾膜,該空氣濾膜可作為口罩濾芯材料,不僅可以對固體顆粒狀污染物起到很好的過濾效果,且透氣性好,還能夠凈化分解空氣中的甲醛、過濾殺滅空氣中的有害菌,更好的保障呼吸系統(tǒng)健康。為了實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下:一種殺菌除醛空氣過濾膜,所述的空氣過濾膜為三層納米纖維膜復合結(jié)構(gòu),上層為活性炭納米纖維膜,中間層為純tio2納米纖維膜,下層納米銀抗菌纖維膜,所述的純tio2納米纖維膜為靜電紡絲法制得的高分子材料/tio2前驅(qū)體復合納米纖維膜經(jīng)熱處理所得的純tio2納米纖維膜,所述的活性炭納米纖維膜為電紡納米活性炭顆粒/高分子材料復合納米纖維膜,含有納米活性炭顆粒的紡絲前驅(qū)液經(jīng)靜電紡絲直接電紡復合于純tio2納米纖維膜的上表面上形成活性炭納米纖維膜,所述的納米銀抗菌纖維膜為電紡納米銀顆粒/高分子材料復合納米纖維膜,含有納米銀顆粒的紡絲前驅(qū)液經(jīng)靜電紡絲直接電紡復合于純tio2納米纖維膜的下表面上形成納米銀抗菌纖維膜。二氧化鈦是一種光催化劑,在光照條件下,二氧化鈦表面能夠激發(fā)產(chǎn)生電子和空穴,催化空氣污染物(如甲醛)反應(yīng)生成二氧化碳和水,以靜電紡絲法制得的高分子材料/tio2前驅(qū)體復合納米纖維膜經(jīng)熱處理使二氧化鈦結(jié)晶同時去除纖維中的高分子材料,可以得到由tio2納米纖維構(gòu)成的具有大比表面積和大孔隙率的純tio2納米纖維膜,相較于其他tio2光催化劑,這種具有豐富孔隙和大比表面積的材料可以更加充分的與空氣中的甲醛接觸,提高甲醛的催化分解效率,同時它所具有的豐富的納米孔隙使材料具有較好的透氣性,還可以過濾空氣中的固體顆粒物質(zhì)。但是這種二氧化鈦晶體構(gòu)成的納米纖維膜的力學性能很差,不具備拉伸彎曲性能,因此,盡管這種應(yīng)用靜電紡絲和熱處理的方法制備tio2納米纖維膜具有較高的催化性能,仍然不能得到廣泛的應(yīng)用,尤其在口罩濾芯等需要具有柔韌性的空氣過濾膜材料方面的應(yīng)用受到了很大的限制。本發(fā)明的空氣過濾膜采用靜電紡絲法直接在純tio2納米纖維膜的兩面電紡復合具有較好力學性能的活性炭納米纖維膜和納米銀抗菌纖維膜,上下兩層纖維膜通過纖維結(jié)構(gòu)與tio2納米纖維的褡褳形成復合結(jié)構(gòu),能夠?qū)χ虚g層的tio2納米纖維膜起到保護、固定作用,在一定程度上提高復合材料的力學性能,使其能夠適應(yīng)應(yīng)用需求,同時上、下兩層纖維膜具有的纖維膜狀納米多孔結(jié)構(gòu)還可以提高復合材料的過濾效果,增強其對微小污染物的過濾作用,同時納米銀抗菌纖維膜還具較強的抗菌抑菌作用,與純tio2納米纖維膜共同作用可以起到較好的抗菌抑菌效果,有效過濾殺滅空氣中的有害菌,起到更好的防護作用,活性炭納米纖維膜中的活性炭納米顆粒的吸附作用與該空氣過濾膜的多孔結(jié)構(gòu)線配合還可以增強材料吸附過濾固體顆粒污染物的性能。通過材料的復合使本發(fā)明的空氣過濾膜兼顧具有優(yōu)越的抗菌、過濾(固體顆粒)和除醛作用。優(yōu)選的,純tio2納米纖維膜的高分子材料/tio2前驅(qū)體復合納米纖維膜為電紡聚乙烯吡咯烷酮/tio2前驅(qū)體復合納米纖維膜。優(yōu)選的,所述的純tio2納米纖維膜由以下方法制得:(1)3.4g鈦酸正丁酯與2g磺基水楊酸加入9ml無水乙醇中,磁力攪拌1小時混合均勻得溶液a;3g聚乙烯吡咯烷酮加入7ml去離子水中,磁力攪拌2小時混合均勻得溶液b;將溶液a和溶液b混合磁力攪拌2小時使溶液混合均勻,即得紡絲前驅(qū)液a;(2)步驟(1)所得的紡絲前驅(qū)液a加入靜電紡絲裝置的儲液機構(gòu)中,進行靜電紡絲在收集極板上形成纖維膜即得聚乙烯吡咯烷酮/tio2前驅(qū)體復合納米纖維膜,紡絲電壓是15kv,紡絲距離為10cm,紡絲時間為40分鐘;(3)步驟(2)中所得的樣品置于管式爐中,在氧氣氣氛下,以10℃/分鐘升溫至500℃,保溫2小時后,冷卻至室溫取出樣品,即得純tio2納米纖維膜。優(yōu)選的,所述的活性炭納米纖維膜為納米活性炭顆粒/聚乙烯吡咯烷酮復合納米纖維膜。優(yōu)選的,所述的活性炭納米纖維膜由以下方法制得:a)粒徑為200nm的納米活性炭顆粒與無水乙醇混合磁力攪拌2h后,超聲震蕩10min,再次磁力攪拌20min得納米活性炭分散液,所述的納米活性炭分散液中納米銀顆粒的含量為10%;b)將聚乙烯吡咯烷酮溶于去離子水中中制得質(zhì)量分數(shù)為18wt%的聚丙烯腈聚乙烯吡咯烷酮溶液,所得的聚乙烯吡咯烷酮溶液與步驟a)所得的納米活性炭分散液按質(zhì)量比1:1混合攪拌均勻即得紡絲前驅(qū)液b;c)作為中間層的純tio2納米纖維膜上表面朝向紡絲噴頭平鋪在靜電紡絲裝置的收集極板上,將步驟b)所得的紡絲前驅(qū)液b通過靜電紡絲法直接在純tio2納米纖維膜的上表面上復合活性炭納米纖維膜,紡絲電壓20kv,紡絲距離15cm,紡絲時間為30分鐘。優(yōu)選的,所述的納米銀抗菌纖維膜為直接電紡制得的納米銀顆粒/聚乙烯吡咯烷酮復合納米纖維膜。優(yōu)選的,所述的納米銀抗菌纖維膜由以下方法制得:1)粒徑為50nm的納米銀顆粒與無水乙醇混合磁力攪拌2h后,超聲震蕩10min,再次磁力攪拌20min得納米銀分散液,所述的納米銀分散液中納米銀顆粒的含量為5%;2)將聚乙烯吡咯烷酮溶于去離子水中中制得質(zhì)量分數(shù)為18wt%的聚丙烯腈聚乙烯吡咯烷酮溶液,所得的聚乙烯吡咯烷酮溶液與步驟1)所得的納米銀分散液按質(zhì)量比1:1混合攪拌均勻即得紡絲前驅(qū)液c;3)作為中間層的純tio2納米纖維膜下表面朝向紡絲噴頭平鋪在靜電紡絲裝置的收集極板上,將步驟2)所得的紡絲前驅(qū)液c通過靜電紡絲法直接在純tio2納米纖維膜的下表面上復合納米銀抗菌纖維膜,紡絲電壓15kv,紡絲距離10cm,紡絲時間為20分鐘。優(yōu)選方案中選取了水溶性的聚乙烯吡咯烷酮作為上層、下層的納米纖維膜的高分子基質(zhì),并在配制紡絲液的時候刻意加大了紡絲前驅(qū)液中去離子水的濃度,以減緩纖維固化的速度,從而使直接在中間層純tio2納米纖維膜表面電紡復合上層、下層的納米纖維膜時,落于純tio2納米纖維膜表面的電紡納米纖維并未完全固化,此時,這種電紡納米纖維不僅與tio2納米纖維形成褡褳結(jié)構(gòu),還會在固化的過程中與tio2納米纖維黏連,產(chǎn)生更加牢固的結(jié)合方式,同時,由于上、下兩層纖維膜采用同種高分子基質(zhì),上下兩層材料的相容性好,在電紡過程中落于純tio2納米纖維膜表面的還未完全固化的納米銀抗菌纖維可透過純tio2納米纖維膜的孔隙與上層的活性炭納米纖維膜的纖維粘連結(jié)合,在纖維固化后形成更加牢固的復合結(jié)構(gòu),使得上、下兩具有較好力學性能的含有高分子材料的納米纖維膜與中間的純tio2納米纖維膜牢固的結(jié)合,可以對中間層純tio2納米纖維膜起到更好的保護、支撐、限位的作用,有效彌補純tio2納米纖維膜力學性能差的缺點,提高復合材料的力學性能,使得本發(fā)明的空氣過濾膜具有較好的柔韌性,能夠適應(yīng)應(yīng)用需求。參照gb2626-2006測試本發(fā)明的空氣過濾膜的過濾效率、透氣率和過濾阻力,該空氣過濾膜的過濾效率≥99%、透氣率≥20cm/s,過濾阻力<110pa。本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明提供了一種殺菌除醛空氣過濾膜,該空氣濾膜可作為口罩濾芯材料,不僅可以對固體顆粒狀污染物起到很好的過濾效果,且透氣性好,還能夠凈化分解空氣中的甲醛、過濾殺滅空氣中的有害菌,更好的保障呼吸系統(tǒng)健康。具體而言:(1)二氧化鈦是一種光催化劑,在光照條件下,二氧化鈦表面能夠激發(fā)產(chǎn)生電子和空穴,催化空氣污染物(如甲醛)反應(yīng)生成二氧化碳和水,以靜電紡絲法制得的高分子材料/tio2前驅(qū)體復合納米纖維膜經(jīng)熱處理使二氧化鈦結(jié)晶同時去除纖維中的高分子材料,可以得到由tio2納米纖維構(gòu)成的具有大比表面積和大孔隙率的純tio2納米纖維膜,相較于其他tio2光催化劑,這種具有豐富孔隙和大比表面積的材料可以更加充分的與空氣中的甲醛接觸,提高甲醛的催化分解效率,同時它所具有的豐富的納米孔隙使材料具有較好的透氣性,還可以過濾空氣中的固體顆粒物質(zhì)。但是這種二氧化鈦晶體構(gòu)成的納米纖維膜的力學性能很差,不具備拉伸彎曲性能,因此,盡管這種應(yīng)用靜電紡絲和熱處理的方法制備tio2納米纖維膜具有較高的催化性能,仍然不能得到廣泛的應(yīng)用,尤其在口罩濾芯等需要具有柔韌性的空氣過濾膜材料方面的應(yīng)用受到了很大的限制。本發(fā)明的空氣過濾膜采用靜電紡絲法直接在純tio2納米纖維膜的兩面電紡復合具有較好力學性能的活性炭納米纖維膜和納米銀抗菌纖維膜,上下兩層纖維膜通過纖維結(jié)構(gòu)與tio2納米纖維的褡褳形成復合結(jié)構(gòu),能夠?qū)χ虚g層的tio2納米纖維膜起到保護、固定作用,在一定程度上提高復合材料的力學性能,使其能夠適應(yīng)應(yīng)用需求,同時上、下兩層纖維膜具有的纖維膜狀納米多孔結(jié)構(gòu)還可以提高復合材料的過濾效果,增強其對微小污染物的過濾作用,同時納米銀抗菌纖維膜還具較強的抗菌抑菌作用,與純tio2納米纖維膜共同作用可以起到較好的抗菌抑菌效果,有效過濾殺滅空氣中的有害菌,起到更好的防護作用,活性炭納米纖維膜中的活性炭納米顆粒的吸附作用與該空氣過濾膜的多孔結(jié)構(gòu)線配合還可以增強材料吸附過濾固體顆粒污染物的性能。通過材料的復合使本發(fā)明的空氣過濾膜兼顧具有優(yōu)越的抗菌、過濾(固體顆粒)和除醛作用。(2)優(yōu)選方案中選取了水溶性的聚乙烯吡咯烷酮作為上層、下層的納米纖維膜的高分子基質(zhì),并在配制紡絲液的時候刻意加大了紡絲前驅(qū)液中去離子水的濃度,以減緩纖維固化的速度,從而使直接在中間層純tio2納米纖維膜表面電紡復合上層、下層的納米纖維膜時,落于純tio2納米纖維膜表面的電紡納米纖維并未完全固化,此時,這種電紡納米纖維不僅與tio2納米纖維形成褡褳結(jié)構(gòu),還會在固化的過程中與tio2納米纖維黏連,產(chǎn)生更加牢固的結(jié)合方式,同時,由于上、下兩層纖維膜采用同種高分子基質(zhì),上下兩層材料的相容性好,在電紡過程中落于純tio2納米纖維膜表面的還未完全固化的納米銀抗菌纖維可透過純tio2納米纖維膜的孔隙與上層的活性炭納米纖維膜的纖維粘連結(jié)合,在纖維固化后形成更加牢固的復合結(jié)構(gòu),使得上、下兩具有較好力學性能的含有高分子材料的納米纖維膜與中間的純tio2納米纖維膜牢固的結(jié)合,可以對中間層純tio2納米纖維膜起到更好的保護、支撐、限位的作用,有效彌補純tio2納米纖維膜力學性能差的缺點,提高復合材料的力學性能,使得本發(fā)明的空氣過濾膜具有較好的柔韌性,能夠適應(yīng)應(yīng)用需求。具體實施方式根據(jù)下述實施例,可以更好地理解本發(fā)明。然而,本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解,實施例所描述的具體的物料配比、工藝條件及其結(jié)果僅用于說明本發(fā)明而不應(yīng)當也不會限制權(quán)利要求書中所詳細描述的本發(fā)明。實施例1一種殺菌除醛空氣過濾膜由以下方法制得:(1)3.4g鈦酸正丁酯與2g磺基水楊酸加入9ml無水乙醇中,磁力攪拌1小時混合均勻得溶液a;3g聚乙烯吡咯烷酮加入7ml去離子水中,磁力攪拌2小時混合均勻得溶液b;將溶液a和溶液b混合磁力攪拌2小時使溶液混合均勻,即得紡絲前驅(qū)液a;(2)步驟(1)所得的紡絲前驅(qū)液a加入靜電紡絲裝置的儲液機構(gòu)中,進行靜電紡絲在收集極板上形成纖維膜即得聚乙烯吡咯烷酮/tio2前驅(qū)體復合納米纖維膜,紡絲電壓是15kv,紡絲距離為10cm,紡絲時間為40分鐘;(3)步驟(2)中所得的樣品置于管式爐中,在氧氣氣氛下,以10℃/分鐘升溫至500℃,保溫2小時后,冷卻至室溫取出樣品,即得純tio2納米纖維膜;(4)粒徑為200nm的納米活性炭顆粒與無水乙醇混合磁力攪拌2h后,超聲震蕩10min,再次磁力攪拌20min得納米活性炭分散液,所述的納米活性炭分散液中納米銀顆粒的含量為10%;(5)將聚乙烯吡咯烷酮溶于去離子水中中制得質(zhì)量分數(shù)為18wt%的聚丙烯腈聚乙烯吡咯烷酮溶液,所得的聚乙烯吡咯烷酮溶液與步驟(4)所得的納米活性炭分散液按質(zhì)量比1:1混合攪拌均勻即得紡絲前驅(qū)液b;(6)步驟(3)所得的純tio2納米纖維膜上表面朝向紡絲噴頭平鋪在靜電紡絲裝置的收集極板上,將步驟(5)所得的紡絲前驅(qū)液b通過靜電紡絲法直接在純tio2納米纖維膜的上表面上復合活性炭納米纖維膜,制得二層結(jié)構(gòu)的復合纖維膜,紡絲電壓20kv,紡絲距離15cm,紡絲時間為30分鐘;(7)粒徑為50nm的納米銀顆粒與無水乙醇混合磁力攪拌2h后,超聲震蕩10min,再次磁力攪拌20min得納米銀分散液,所述的納米銀分散液中納米銀顆粒的含量為5%;(8)將聚乙烯吡咯烷酮溶于去離子水中中制得質(zhì)量分數(shù)為18wt%的聚丙烯腈聚乙烯吡咯烷酮溶液,所得的聚乙烯吡咯烷酮溶液與步驟(7)所得的納米銀分散液按質(zhì)量比1:1混合攪拌均勻即得紡絲前驅(qū)液c;(9)步驟(6)所得的二層結(jié)構(gòu)的復合纖維膜的純tio2納米纖維膜的表面朝向紡絲噴頭平鋪在靜電紡絲裝置的收集極板上,將步驟(8)所得的紡絲前驅(qū)液c通過靜電紡絲法直接在純tio2納米纖維膜的表面上復合納米銀抗菌纖維膜,即得三層結(jié)構(gòu)復合纖維膜,紡絲電壓15kv,紡絲距離10cm,紡絲時間為20分鐘;(10)將步驟(9)所得的三層結(jié)構(gòu)復合纖維膜按照所需的空氣過濾膜尺寸進行裁剪即得殺菌除醛空氣過濾膜。由以上方法制得的空氣過濾膜為三層納米纖維膜復合結(jié)構(gòu),上層為活性炭納米纖維膜,中間層為純tio2納米纖維膜,下層納米銀抗菌纖維膜。參照gb2626-2006測試本發(fā)明的空氣過濾膜的過濾效率、透氣率和過濾阻力,該空氣過濾膜的過濾效率≥99%、透氣率≥20cm/s,過濾阻力<110pa。對照例1參照步驟(1)~(3)的方法制備單層的純tio2納米纖維膜,并參照gb2626-2006測試實施例的純tio2納米纖維膜的過濾效率、透氣率和過濾阻力,過濾效率≤81%、透氣率≥20cm/s,過濾阻力<110pa。對照例2參照步驟(4)~(6)的方法制備單層的活性炭納米纖維膜(步驟(6)中直接在收集極板上收集納米纖維膜,然后將纖維膜從收集極板上取下進行測試),并參照gb2626-2006測試活性炭納米纖維膜的過濾效率、透氣率和過濾阻力,過濾效率≤80%、透氣率≥20cm/s,過濾阻力<110pa。對照例3參照步驟(7)~(9)的方法制備單層的納米銀抗菌纖維膜,并參照gb2626-2006測試納米銀抗菌纖維膜的過濾效率、透氣率和過濾阻力,該濾片的過濾效率≤80%、透氣率≥20cm/s,過濾阻力<110pa。由上述結(jié)果可以看出,本發(fā)明的空氣過濾膜對空氣中的顆粒物質(zhì)就較好的過濾性能,且透氣性較好,能夠起到較好的凈化空氣作用。實施例2抑菌試驗:1、實驗菌種:金黃色葡萄球菌(atcc6538)2、菌種培養(yǎng)基:營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基和營養(yǎng)肉湯培養(yǎng)基。3、抑菌實驗分1個實驗組和4個對照組,實驗組使用實施例1的空氣過濾膜,對照組1為雙圈牌定性濾紙(空白對照),對照組2為對照例1的純tio2納米纖維膜,對照組3為對照例2的活性炭納米纖維膜,對照組4為對照例3的納米銀抗菌纖維膜。4、具體實驗步驟:(1)藥敏感片制備:1個實驗組和4個對照組的樣品分別用打孔器制成直徑6mm的圓片放入清潔干燥的青霉素空瓶中,每種樣品制備5個樣品圓片,瓶口以單層牛皮紙包扎,121℃高壓滅菌30min,再經(jīng)100℃烘干,密閉保存?zhèn)溆茫?2)制備菌液:金黃色葡萄球菌菌種置于10ml營養(yǎng)肉湯培養(yǎng)基中,37℃培養(yǎng)18h;分別取培養(yǎng)液1ml加入9ml的0.9%無菌氯化鈉溶液,采用10倍遞增稀釋法,將兩種菌液分別稀釋至105~106cfu/ml,備用;(3)將上述步驟(2)制得的試驗菌液均勻接種于甘露醇氯化鈉瓊脂平板上,室溫下靜置5min,將步驟(1)中制得的25片藥敏感片平鋪在接種有金黃色葡萄球菌的瓊脂平板上,將平板倒置放入培養(yǎng)箱中37℃培養(yǎng)24h后,測量各藥敏片的抑菌圈直徑(mm),計算各組的抑菌圈直徑平均值,以上操作均為無菌操作。5、試驗觀察測量:觀察:無抑菌圈以“-”表示;抑菌圈直徑<10mm為輕度抑菌,以“+”表示;抑菌圈直徑10~14mm為中度抑菌,以“++”表示;抑菌圈直徑>14mm為高度抑菌,以“+++”表示;空白對照對比例1對比例2對比例3實施例1金黃色葡萄球菌-+-+++++由上述結(jié)果可以看出實施例1的空氣過濾膜具有很好的殺菌抑菌效果,能夠起到凈化殺滅空氣中有害菌的效果。以上所列舉的實施方式僅供理解本發(fā)明之用,并非是對本發(fā)明所描述的技術(shù)方案的限定,有關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員,在權(quán)利要求所述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上,還可以作出多種變化或變形,所有等同的變化或變形都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。本發(fā)明未詳述之處,均為本
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