專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于羊毛纖維的功能性空氣過(guò)濾材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種空調(diào)用的空氣過(guò)濾材料的制備 方法，特別涉及一種基于羊毛纖維的功能性空氣過(guò)濾材料的制備方法。
背景技術(shù)：
室內(nèi)環(huán)境是人類(lèi)生存和進(jìn)行各種活動(dòng)的重要場(chǎng)所，室內(nèi)的各種人類(lèi)活動(dòng) 如室內(nèi)裝修、廚房燃料燃燒、吸煙及空調(diào)的使用等所帶來(lái)的室內(nèi)空氣污染及 對(duì)健康的影響問(wèn)題日趨突出。
提高室內(nèi)空氣品質(zhì)的一個(gè)重要的措施是使用空氣過(guò)濾技術(shù)。普通的空氣
過(guò)濾材料只能阻擋顆粒物，不能降解有害氣體和揮發(fā)性有機(jī)化合物(Volatile Organic Compounds,簡(jiǎn)稱(chēng)VOCs)，同時(shí)又是細(xì)菌滋生的溫床，易造成空氣 二次污染，不能滿(mǎn)足人們對(duì)室內(nèi)空氣品質(zhì)的要求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于羊毛纖維的功能性空氣過(guò)濾材料的制 備方法，該方法制備得到的空氣過(guò)濾材料，在去除顆粒物的同時(shí)更能抗菌、 去除有害氣體和VOCs。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是， 一種基于羊毛纖維的功能性空氣過(guò)濾材料 的制備方法，按以下步驟進(jìn)行，
a. 選用羊毛纖維作為基材；
b. 將羊毛纖維編織成織物，織物經(jīng)緯密設(shè)計(jì)采用空筘空緯設(shè)計(jì)方法，經(jīng) 密30根/cm、緯密35根/cm，織物組織采用凸條組織結(jié)構(gòu)；
c. 制備納米Ti02光催化分散液
d. 將上述編織成的織物采用直接浸涂法進(jìn)行納米光催化整理
在室溫下，將步驟b編織成的織物浸入步驟c制得的納米Ti02光催化分 散液中，至少30分鐘后取出，然后放入電熱鼓風(fēng)干燥箱中在5(TC 9(rC下 烘干20min 50min，即制得本發(fā)明的功能性空氣過(guò)濾材料。
本發(fā)明的有益效果如下-
1. 本發(fā)明選用天然羊毛纖維作為基材，由于羊毛纖維對(duì)甲醛具有吸附作 用，并且羊毛纖維本身可以將甲醛降解，這是有別于現(xiàn)有空氣過(guò)濾材料的顯 著特點(diǎn)，避免了普通過(guò)濾材料本身所造成的二次污染，使本發(fā)明制備得到的 過(guò)濾材料成為一個(gè)徹底的環(huán)保產(chǎn)品，與現(xiàn)有的空氣過(guò)濾材料相比具有更突出 的環(huán)保應(yīng)用價(jià)值。
2. 本發(fā)明對(duì)空氣過(guò)濾材料的織物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了一系列優(yōu)選限定，經(jīng)緯 密設(shè)計(jì)采用了空筘空緯設(shè)計(jì)方案，織物經(jīng)緯密度保持了間斷一致；經(jīng)密30 根/cm、緯密35根/cm，既保證了空調(diào)濾料應(yīng)有的機(jī)械強(qiáng)度，又使濾料具有 較好的透氣性，從而減小了濾料的阻力；織物組織采用凸條組織，增加了織 物的比表面積，使該濾料對(duì)有害氣體的吸附量增加，且織物透氣性較好，從 而濾料阻力較小。這些一系列的優(yōu)選限定，使得本發(fā)明制備的材料能夠更近 一步取得提高過(guò)濾效率、降低過(guò)濾阻力的優(yōu)良過(guò)濾效果。
3. 由于本發(fā)明中對(duì)以羊毛纖維為基材的功能性空氣過(guò)濾材料進(jìn)行了納 米光催化整理，進(jìn)一步提高了甲醛及其它有害氣體和VOCs的降解速度，使 該功能性空氣過(guò)濾材料具有穩(wěn)定的光催化效果及良好的抗菌功能，更充分發(fā) 揮該空氣過(guò)濾材料凈化空氣的作用。
4. 由于羊毛纖維具有天然的吸附性能，可以使有害氣體在羊毛纖維上得
到很好的富集，因而有害氣體在羊毛纖維上得到多倍的濃縮，從而可以彌補(bǔ) 光催化對(duì)室內(nèi)低濃度污染物降解速率低的缺點(diǎn)，有效提高光催化的效率，更 充分體現(xiàn)本發(fā)明制備的空氣過(guò)濾材料突出的凈化室內(nèi)空氣的效果。
附圖是本發(fā)明制備的材料凸條組織織物上機(jī)圖。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。 本發(fā)明空氣過(guò)濾材料的制備方法，按以下步驟進(jìn)行，
a. 選用羊毛纖維作為基材；
b. 將羊毛纖維編織成織物，織物經(jīng)緯密設(shè)計(jì)采用空筘空緯設(shè)計(jì)方法，經(jīng) 密30根/cm、緯密35根/cm，織物組織采用凸條組織結(jié)構(gòu)；
c. 制備光催化劑分散液
取一定量的陰離子表面活性劑作為分散劑溶于水，混合均勻后再加入定 量的納米Ti02粉體，由低速(0 3000r/min)到高速(7000 10000 r/min) 剪切20 50min后再加入一定量聚乙二醇(PEG20000)，超聲波分散10 20min后，再高速(7000 10000r/min)剪切20 50min，制得納米1102光 催化分散液；
陰離子表面活性劑可以是六偏磷酸鈉、十二烷基磺酸鈉或十二烷基溴代 十四烷基吡啶等，加入的陰離子表面活性劑和聚乙二醇的總質(zhì)量不超過(guò)Ti02 質(zhì)量的1%,其中聚乙二醇的質(zhì)量應(yīng)大于Ti02質(zhì)量的0.3% 0.5%。本發(fā)明 使用的是頻率為20kHZ的超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)，超聲功率控制在450 650W 內(nèi)。
d. 將上述編織成的織物采用直接浸涂法進(jìn)行納米光催化整理在室溫下，將步驟b編織成的織物浸入步驟c制得的納米1102光催化分 散液中，至少30分鐘后取出，然后放入電熱鼓風(fēng)干燥箱中在5(TC 9(rC下 烘干20min 50min，即制得本發(fā)明的功能性空氣過(guò)濾材料。
羊毛纖維是一種天然的蛋白質(zhì)纖維，根據(jù)羊毛纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)，其最顯著的特點(diǎn)是具有許多內(nèi)外貫穿的微孔。受羊毛纖維表面不飽和力場(chǎng)和表面官 能團(tuán)的靜電場(chǎng)作用，甲醛及其它氣體狀的微粒很容易被吸附。因此，羊毛纖 維具有較好地凈化空氣的功能。
羊毛纖維對(duì)甲醛的吸附既有物理吸附也有化學(xué)吸附。當(dāng)羊毛纖維與甲醛接觸時(shí)，羊毛蛋白質(zhì)氨基酸鏈中的賴(lài)氨酸、精氨酸、谷氨酸等能與甲醛產(chǎn)生 化學(xué)反應(yīng)，使甲醛去除，從而達(dá)到凈化空氣的目的。
羊毛纖維對(duì)甲醛等有害氣體具有較強(qiáng)的吸附作用，同時(shí)也可以通過(guò)本身 的化學(xué)成分使甲醛降解。此外，羊毛纖維還具有透氣性高、阻力小、容塵量 大、易于清灰等優(yōu)點(diǎn)。因此，本發(fā)明選用羊毛纖維作為空氣過(guò)濾材料的基材。
對(duì)織物經(jīng)緯密設(shè)計(jì)采用空筘空緯設(shè)計(jì)方案，使織物經(jīng)緯密度保持間斷性 均勻一致，經(jīng)密30根/cm、緯密35根/cm;織物組織采用凸條組織結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 合理設(shè)計(jì)織物經(jīng)緯密，既保證功能性空氣過(guò)濾材料的機(jī)械強(qiáng)度，又使過(guò)濾材 料具有較大的比表面積和較好的織物透氣性，以保證空氣順暢流通，減小該 濾料的阻力；合理選擇織物組織，使功能性空氣過(guò)濾材料比表面積增加，加 強(qiáng)功能性空氣過(guò)濾材料對(duì)有害氣體的吸附量，同時(shí)該濾料的透氣性好，阻力 小。
采用直接浸涂法對(duì)空氣過(guò)濾材料進(jìn)行納米光催化整理，提高了有害氣體 的降解速率，并使其具有穩(wěn)定的光催化效果及良好的抗菌功能；羊毛纖維的 天然吸附特性提高了光催化降解低濃度有害物的效率。
由于納米顆粒比表面積大、表面能高，屬于熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，在制備 過(guò)程或后處理過(guò)程中由于顆粒間普遍存在的范德瓦爾力和庫(kù)侖力，使表面粒 子互相靠在一起從而使總表面積和表面超額自由能降低，納米顆粒極易團(tuán) 聚，導(dǎo)致光催化劑最終應(yīng)用時(shí)失去納米顆粒應(yīng)有的物性和功能。本發(fā)明在直 接浸涂法配制納米Ti02光催化分散液的過(guò)程中，借助于陰離子表面活性劑 可以降低納米顆粒的表面張力增強(qiáng)其潤(rùn)濕能力，再配以超聲波和剪切乳化等 技術(shù)能夠很好地阻礙納米粒子團(tuán)聚，保護(hù)納米顆粒的穩(wěn)定性。
加入陰離子表面活性劑，以六偏磷酸鈉為例，二氧化鈦吸附磷酸根離子 形成雙電層，使斥力位能增加，即通過(guò)雙電層之間的庫(kù)侖排斥作用，使粒子 之間發(fā)生的團(tuán)聚的引力大大降低，團(tuán)聚顆粒被打開(kāi)，使粒子更趨于彼此遠(yuǎn)離， 實(shí)現(xiàn)納米微粒分散的目的。但是，過(guò)高的六偏磷酸鈉濃度，使形成的雙電層 變薄，再次導(dǎo)致顆粒凝聚，起不到分散的作用，經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，找出了分散 劑的最佳濃度值，即陰離子表面活性劑和聚乙二醇的總用量應(yīng)不超過(guò)二氧化 鈦質(zhì)量的1%。
聚乙二醇(PEG20000)是一種非離子型分散劑，在水溶液中具有較大 的溶解度即水溶性較好。當(dāng)聚乙二醇的加入量較少時(shí)，二氧化鈦顆粒粘附在 高分子鏈接上， 一個(gè)分散劑鏈接上吸附較多粉體顆粒，從而引起重力沉降而 聚沉，起不到分散作用。經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)其加入量大于二氧化鈦質(zhì)量的 0.3%，特別在0.4 0.5%之間時(shí)，較多分散劑吸附于粉體顆粒表面，形成有 機(jī)親水保護(hù)膜，從而起到空間穩(wěn)定作用。
超聲波分散主要是利用超聲空化時(shí)產(chǎn)生的局部高溫、高壓、強(qiáng)沖擊波和 微射流等，較大幅度地弱化納米微粒間的納米作用能，有效地防止納米微粒 團(tuán)聚使之充分分散，但應(yīng)避免過(guò)熱超聲攪拌時(shí)，隨著熱能和機(jī)械能的增加，
顆粒碰撞的幾率增加，反而導(dǎo)致進(jìn)一步團(tuán)聚。本發(fā)明使用的是頻率為20kHZ 的超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)，超聲功率控制在450 650W內(nèi)。 實(shí)施例1
以羊毛纖維為基材，對(duì)濾料的組織結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下
經(jīng)緯密設(shè)計(jì)緯密設(shè)計(jì)采用了空筘空緯設(shè)計(jì)方案，經(jīng)密30根/cm、緯密 35根/cm。
織物組織設(shè)計(jì)凸條組織第17 24根經(jīng)紗選用彈力絲，第20根經(jīng)與第 21根經(jīng)之間空2筘。這樣該組織織物下機(jī)后由于正面長(zhǎng)緯浮線(xiàn)收縮呈繃緊狀 態(tài)，使反面緊密的平紋組織擠壓凸起形成凸條。在加上組織循環(huán)中左右四根 平紋組織的彈力絲下機(jī)后收縮，縱向凸條效果更加明顯，增加了織物的比表 面積。該結(jié)構(gòu)除了織物表面起的條紋外，織物正面的長(zhǎng)浮線(xiàn)與反面的平紋組 織之間還形成一定的空隙，因而織物透氣性較好，有效降低了該濾料的阻力。
該組織使用6片綜，9#筘，4根/筘齒，上機(jī)圖見(jiàn)附圖。
制備光催化劑分散液
取定量的納米Ti02粉體，選取六偏磷酸鈉為陰離子表面活性劑，量取 六偏磷酸鈉和聚乙二醇，六偏磷酸鈉和聚乙二醇的總質(zhì)量為不超過(guò)1102質(zhì) 量的1%，其中聚乙二醇的質(zhì)量為7102質(zhì)量的0.3%。
將六偏磷酸鈉溶于水，混合均勻后再加入納米Ti02粉體，由0 3000r/min到7000 10000 r/min，剪切50min，再加入聚乙二醇(PEG20000)， 選用頻率為20kHZ的超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)，超聲功率控制在450 650W內(nèi)進(jìn) 行超聲波分散10min后，再在7000 r/min下剪切50min，制得納米Ti02光催 化分散液。
在室溫下，將編織成的織物浸入上步制得的納米Ti02光催化分散液中，40分鐘后取出，放入電熱鼓風(fēng)干燥箱中在9(TC下烘干20min，即制得本發(fā)
明的功能性空氣過(guò)濾材料。
實(shí)施例2
按實(shí)施例1的步驟編織織物，
制備光催化劑分散液
取定量的納米Ti02粉體，選取十二烷基磺酸鈉為陰離子表面活性劑， 量取十二烷基磺酸鈉和聚乙二醇，十二垸基磺酸鈉和聚乙二醇的總質(zhì)量為不 超過(guò)Ti02質(zhì)量的1%，其中聚乙二醇的質(zhì)量為7102質(zhì)量的0.4%。
將十二烷基磺酸鈉溶于水，混合均勻后再加入納米Ti02粉體，由0 3000r/min到7000 10000 r/min，剪切20min，再加入聚乙二醇(PEG20000)， 選用頻率為20kHZ的超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)，超聲功率控制在450 650W內(nèi)進(jìn) 行超聲波分散20min，再在10000 r/min下剪切20min，制得納米1102光催 化分散液。
在室溫下，將編織成的織物浸入上步制得的納米Ti02光催化分散液中， 50分鐘后取出，放入電熱鼓風(fēng)干燥箱中在5(TC下烘干50min，即制得本發(fā) 明的功能性空氣過(guò)濾材料。 實(shí)施例3
按實(shí)施例1的步驟編織織物，
制備光催化劑分散液
取定量的納米Ti02粉體，選取十二烷基溴代十四烷基吡啶為陰離子表 面活性劑，量取十二烷基溴代十四垸基吡啶和聚乙二醇，十二垸基溴代十四 烷基吡啶和聚乙二醇的總質(zhì)量為不超過(guò)Ti02質(zhì)量的1%，其中聚乙二醇的質(zhì) 量為7102質(zhì)量的0.5%。
將十二烷基溴代十四烷基吡啶溶于水，混合均勻后再加入納米Ti02粉 體，由0 3000r/min至U 7000 10000 r/min，剪切30min，再加入聚乙二醇 (PEG20000)，選用頻率為20kHZ的超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)，超聲功率控制在 450 650W內(nèi)進(jìn)行超聲波分散15min，再在8000 r/min下剪切30min，制得 納米Ti02光催化分散液。
在室溫下，將編織成的織物浸入上步制得的納米Ti02光催化分散液中， 60分鐘后取出，放入電熱鼓風(fēng)干燥箱中在7(TC下烘干30min，即制得本發(fā) 明的功能性空氣過(guò)濾材料。
對(duì)上述實(shí)施例得到的空氣過(guò)濾材料進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試
a. 甲醛的凈化效率(％):實(shí)驗(yàn)1個(gè)小時(shí)，以羊毛纖維為基材的功能性 空氣過(guò)濾材料對(duì)甲醛的凈化效果可達(dá)82.7% 86.3 %;
b. 殺菌效果對(duì)金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、白色念球菌的平均抑菌率
均大于90%;
C.過(guò)濾效率與普通的空氣過(guò)濾材料相比，增大30%。
使用壽命可達(dá)6年。
權(quán)利要求
1.一種基于羊毛纖維的功能性空氣過(guò)濾材料的制備方法，其特征在于，該方法按以下步驟進(jìn)行，a.選用羊毛纖維作為基材；b.將羊毛纖維編織成織物，織物經(jīng)緯密設(shè)計(jì)采用空筘空緯設(shè)計(jì)方法，經(jīng)密30根/cm、緯密35根/cm，織物組織采用凸條組織結(jié)構(gòu)；c.制備納米TiO2光催化分散液d.將上述編織成的織物采用直接浸涂法進(jìn)行納米光催化整理在室溫下，將步驟b編織成的織物浸入步驟c制得的納米TiO2光催化分散液中，至少30分鐘后取出，然后放入電熱鼓風(fēng)干燥箱中在50℃～90℃下烘干20min～50min，即制得本發(fā)明的功能性空氣過(guò)濾材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的制備納米Ti02光 催化分散液，是按照以下步驟進(jìn)行，取一定量的陰離子表面活性劑作為分散劑溶于水，混合均勻后再加入定 量的納米Ti02粉體，由速度0 3000r/min到7000 10000 r/min下剪切20 50min，再加入一定量聚乙二醇，超聲波分散10 20min后，再在速度為 7000 10000r/min下剪切20 50min，制得納米Ti02光催化分散液，陰離子 表面活性劑和聚乙二醇的總質(zhì)量不超過(guò)Ti02質(zhì)量的1%，其中聚乙二醇的質(zhì) 量大于TiQ2質(zhì)量的0.3% 0.5%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的陰離子表面活性劑 選自六偏磷酸鈉、十二垸基磺酸鈉或十二烷基溴代十四垸基吡啶。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)的一種基于羊毛纖維的功能性空氣過(guò)濾材料的制備方法，包括基材的選擇，織物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法和納米光催化整理方法，按以下步驟進(jìn)行，選用羊毛纖維為基材，將羊毛纖維編織成織物，織物經(jīng)緯密采用空筘空緯設(shè)計(jì)方法，經(jīng)密30根/cm、緯密35根/cm，織物組織采用凸條組織結(jié)構(gòu)，再采用直接浸涂法對(duì)編織成的織物進(jìn)行納米光催化整理。本發(fā)明方法制得的功能性空氣過(guò)濾材料具有突出的凈化室內(nèi)空氣的功能，可以滿(mǎn)足人們對(duì)室內(nèi)空氣品質(zhì)的要求。
文檔編號(hào)B01D39/08GK101104123SQ200710018340
公開(kāi)日2008年1月16日 申請(qǐng)日期2007年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月25日
發(fā)明者狄育慧, 王與娟, 譚艷君, 顏蘇芊, 翔 黃 申請(qǐng)人:西安工程大學(xué)