本發(fā)明涉及過濾材料，具體涉及一種多尺度非織造過濾材料的制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著工業(yè)化的快速發(fā)展和城市化進程的加速，空氣污染問題日益嚴(yán)重，成為全球性的環(huán)境挑戰(zhàn)。顆粒物pm，尤其是細顆粒物(pm2.5)和超細顆粒物(pm0.3)，因其能攜帶大量有害物質(zhì)并深入人體呼吸系統(tǒng)，成為空氣污染中最受關(guān)注的污染物之一。傳統(tǒng)的過濾材料，如活性炭、玻璃纖維、棉纖維等，雖然在一定程度上能夠去除空氣中的顆粒物，但它們在過濾效率、透氣性、耐用性等方面存在諸多不足。

2、非織造過濾材料具有三維多孔結(jié)構(gòu)，能夠提供較高的過濾效率和較大的容塵量。因其生產(chǎn)效率高、成本低廉、透氣性好等優(yōu)點而受到廣泛關(guān)注。然而，非織造材料在過濾細微顆粒物方面仍存在挑戰(zhàn)。為了提高過濾性能，研究人員開始探索在非織造材料表面進行表面處理，以增強其對細微顆粒物的吸附和截留能力。將zif-8引入非織造材料中，可以顯著提高材料的過濾效率，尤其是在去除細微顆粒物方面表現(xiàn)出色。pda作為一種多功能聚合物，因其良好的粘附性、生物相容性和化學(xué)穩(wěn)定性而被廣泛用于材料表面改性。公開專利cn114669283a公開了一種能持續(xù)高效過濾pm的聚二甲基硅氧烷(pdms)復(fù)合海綿的制備方法，其是通過犧牲模板法制備pdms海綿，然后將該pdms海綿置于鹽酸多巴胺溶液中，通過自聚合制得pda@pdms復(fù)合海綿，再將所得pda@pdms復(fù)合海綿置于zif-8前驅(qū)體的混合液中浸泡，以制得zif-8@pda@pdms復(fù)合海綿。但其自聚合制得pda@pdms復(fù)合海綿所用時間為2～6h，zif-8原位生長所用時間2～8h，生產(chǎn)制備時間較長，整體制備流程的效率較低。

3、駐極體熔噴膜因其均勻的孔徑和高孔隙率及其靜電吸附性，在過濾領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。通過在負載zif-8的非織造材料表面熱壓復(fù)合熔噴微孔膜層，可以形成一種微/納米多尺度復(fù)合過濾結(jié)構(gòu)，進一步提高過濾材料的過濾效率和透氣性，過濾機制從深層過濾轉(zhuǎn)變?yōu)楸砻孢^濾和深層過濾相復(fù)合的過濾機制，最大程度保留了zif-8的吸附活性位點，顯著提高了復(fù)合過濾材料的使用壽命。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種多尺度非織造過濾材料的制備方法。本發(fā)明中非織造針刺氈的三維多孔結(jié)構(gòu)和高比表面積在保證良好透氣性的同時為zif-8提供了大量的附著位點，通過在非織造針刺氈表面超聲快速沉積聚多巴胺改性層，縮短了制備時間，利用其活性官能團與鋅離子螯合作用可極大地增加zif-8納米粒子的負載量，增強了材料對細微顆粒物的吸附能力。最后，熱壓復(fù)合駐極體熔噴膜層，形成微/納米多尺度復(fù)合結(jié)構(gòu)，利用表面過濾和深層過濾的協(xié)同作用，拓寬了材料的應(yīng)用范圍。具體的制備方法包括如下步驟：

2、1將裁剪好的非織造針刺氈樣品放入裝有去甲醇溶液/水的燒杯中，交替轉(zhuǎn)移到超聲波恒溫清洗機中進行超聲清洗并放入烘箱中60℃干燥處理4～6h，以去除纖維表面雜質(zhì)。

3、2.將0.08～0.2g鹽酸多巴胺溶解于配置好的1.43～3.58g/l三羥甲基氨基甲烷緩沖液中，制得鹽酸多巴胺溶液。將干燥后的非織造針刺氈樣品浸入pda溶液中，進行恒溫超聲處理，以確保pda在纖維表面均勻沉積。將pda沉積后的非織造針刺氈取出，用去離子水沖洗以去除聚合的pda，然后放入烘箱中60℃干燥處理4～6小時，烘干備用。

4、3.將六水合硝酸鋅和2-甲基咪唑分別溶解于去離子水中，然后將兩種溶液混合均勻。將pda改性后的非織造針刺氈浸入zif-8前驅(qū)體液中，進行恒溫超聲處理，以促進zif-8在pda層上的均勻生長。將經(jīng)過zif-8生長的非織造針刺氈取出，用去離子水沖洗以去除未反應(yīng)的前驅(qū)體，然后放入烘箱中60℃干燥處理4～6小時，以固化zif-8晶體結(jié)構(gòu)。

5、4.在非織造針刺氈基材的一側(cè)噴涂上一定量的聚乙烯熱熔膠液后，將駐極體熔噴膜平鋪在基材表面，通過熱壓輥進行熱壓復(fù)合。

6、其中，所述步驟1中非織造針刺氈樣品可以是聚酰亞胺針刺氈、玻璃纖維針刺氈、聚苯硫醚針刺氈中的一種或幾種。

7、其中，所述步驟2中所述的三羥甲基氨基甲烷緩沖液的ph值可以調(diào)整至8～9。

8、其中，所述步驟2中超聲浸漬時超聲功率為300～500w，時間為30～90min，溫度為28℃。

9、其中，所述步驟3中六水合硝酸鋅和2-甲基咪唑的配比為1:8mol。

10、其中，所述步驟3中浸泡至zif-8前驅(qū)體液中超聲處理的時間為10～60min，溫度為28℃。

11、其中，所述步驟4中一定量聚乙烯熱熔膠液為5～15g/m2。

12、其中，所述步驟4中駐極體熔噴膜為熔噴聚乳酸駐極體膜。

13、其中，所述步驟4中熱軋輥的溫度為120～150℃，熱壓壓力3～5mpa，熱壓時間為2～5min。

14、本發(fā)明的有益效果：

15、本發(fā)明采用超聲浸漬法沉積pda和一步合成法原位生長zif-8，顯著縮短了生產(chǎn)制備時間。與現(xiàn)有技術(shù)相比，例如公開專利cn114669283a中提到的自聚合制得pda@pdms復(fù)合海綿所用時間為2～6小時，zif-8原位生長所用時間為2～8小時，本發(fā)明的超聲處理時間分別為30～90分鐘和10～60分鐘，大幅提高了制備效率。

16、本發(fā)明通過在非織造針刺氈過濾材料表面沉積聚多巴胺pda和原位生長zif-8納米結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的多尺度非織造過濾材料能夠有效攔截更小粒徑的顆粒物，增強了過濾材料的適用范圍。與其他發(fā)明相比非織造材料的三維孔隙結(jié)構(gòu)和高比表面積提供了更多zif-8的負載位點，從而進一步提高了其對pm顆粒物的吸附能力。

17、本發(fā)明制備的多尺度非織造過濾材料具有微米級和納米級復(fù)合過濾結(jié)構(gòu)，其中駐極體熔噴膜為微米級孔隙過濾層，對細微顆粒物具有靜電吸附性，并且zif-8@pda改性的非織造過濾材料具有多孔的納米級吸附孔徑。這種多尺度結(jié)構(gòu)設(shè)計，相較于其他發(fā)明的單一尺度的過濾材料，能夠更有效地攔截不同粒徑的顆粒物。

技術(shù)特征：

1.一種多尺度非織造過濾材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多尺度非織造過濾材料的制備方法，其特征在于，步驟s2中所述非織造針刺氈過濾材料為聚酰亞胺造針刺氈、玻璃纖維針刺氈、聚苯硫醚針刺氈過濾材料。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多尺度非織造過濾材料的制備方法，其特征在于，步驟s2中所述恒溫超聲處理的超聲功率為300～500w，時間為30～90min，溫度為28℃。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多尺度非織造過濾材料的制備方法，其特征在于，步驟s3中所述浸泡至zif-8前驅(qū)體液中超聲處理的超聲功率為300～500w，時間為10～60min，溫度為28℃。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多尺度非織造過濾材料的制備方法，其特征在于，步驟s4中所述制備得到多尺度非織造過濾材料為微米級和納米級復(fù)合過濾結(jié)構(gòu)，其中駐極體熔噴膜為微米級孔隙過濾層，zif-8@pda改性的非織造過濾材料具有多孔的納米級吸附孔徑，能夠高效過濾更細微的顆粒物。

6.一種根據(jù)權(quán)利要求1～5任一所述的制備方法得到的多尺度非織造過濾材料，其特征在于，該材料的微米級駐極體熔噴膜和納米級zif-8@pda改性層共同構(gòu)成了一個多層次的過濾結(jié)構(gòu)，提供了不同尺度的過濾機制，增強了材料的過濾性能。同時具有高的孔隙率和良好的透氣性，保證了在高過濾效率的同時，還具有較低的壓力降和良好的空氣流通性。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種多尺度非織造過濾材料的制備方法。步驟如下：首先，通過超聲浸漬法在非織造針刺氈過濾材料表面均勻快速沉積聚多巴胺(PDA)，形成一層改性層；接著，在PDA層上用一步合成法原位生長鋅基沸石咪唑酯框架材料(ZIF?8)納米結(jié)構(gòu)，以增強細微顆粒物的過濾性能；然后，在改性后的基材表面均勻熱壓駐極體熔噴膜，形成微孔過濾結(jié)構(gòu)，制得微/納米多尺度的復(fù)合非織造過濾材料。本發(fā)明提高了過濾材料的過濾效率和截留能力，同時保持了良好的透氣性和耐用性。多尺度結(jié)構(gòu)設(shè)計使得材料能夠同時有效攔截不同粒徑的顆粒物，增強了過濾材料的適用范圍。

技術(shù)研發(fā)人員：邵瑞琪,時欣宇,徐志偉,李寬,王維,裴曉園
受保護的技術(shù)使用者：天津工業(yè)大學(xué)紹興柯橋研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21