纳米技术在空气过滤材料中的应用与研究

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1、‘河北纺织’2010年第一期(总140期)专题研究纳米技术在空气过滤材料中的应用与研究贾哲昆杨银英王进美(西安西安工程大学710048)[摘要】：空气过滤材料足利用过滤介质将空气中一定体积的同体物质截留，或者和空气中的杂质发生吸附反应作用，而空气通过介质被净化。在空气过滤材料中运用纳米技术可以有效的提高材料的复合型和功能性。目前纳米技术主要的应用现状集中在纳米纤维和纳米微粒这两个方面。本文主要介绍了这两方面的应用与研究。其中纳米纤维的比表面积火．其所构成的纤维毡孔隙率高，且内部孔隙连通性好，容易与纳米级粒子结合，非

2、常适合用作过滤分离材料；而当一维纳米颗粒人小达到纳米级(0．1nm～lOOnm)时，其各种性质(如机械强度、磁、光、声、热等)都将发生变化，并具有辐射、吸收、吸附等许多新性能，可以有效的提高过滤作用的效率。[关键词】：纳米技术纳米纤维纳米颗粒空气过滤随着科学技术和现代化工业的不断发展，人们也越来越重视室外环境空气质量和室内空气品质，使得空气过滤材料在环境治理中担任着日益重要的角色，对空气过滤材料不论在功能性和复合性都提出了新的要求。空气过滤材料是利用过滤介质将空气中一定体积的固体物质截留，或者和空气中的杂质发生吸附

3、反应作用，而空气通过介质被净化。在空气过滤材料中。功能性空气过滤材料是近年来在该领域兴起的一个热点，多功能复合的研究非常活跃。同时纳米技术的出现与发展给各个相关行业的发展带来了新的动力。1．空气过滤材料(滤料)的发展现状；空气过滤是通过滤料来进行的，空气过滤材料是空气过滤中相当重要的部件，其发展直接决定着空气过滤技术的发展。现有的空气过滤材料大体上可以分为以下三部分⋯。1．1纤维滤料：纤维滤料拥有比表面积大、体积蓬松、价格低廉、容易加工等特点，而其中又以非织造纤维材料最为突出。非织造纤维材料不仅具有般纤维滤料原有的

4、优势，28‘河纺织)2010年第一期(总l4o期)专题研究而且具有成布工艺短、成本低和过滤性能好等特点，现已成为空气过滤材料的主导产品。非织造滤料主要的生产方法为针刺法和熔喷法。主要的原料为聚酯(PET)、聚丙烯(PP)、聚酰胺等，无机纤维有玻璃纤维、陶瓷纤维、金属纤维等。1．2复合滤科复合滤料是将不同性能的纤维交织在一起形成的滤料，以克服单一纤维滤料在性能上的缺陷。如玻璃纤维与涤纶复合滤料，可兼具玻璃纤维滤料的耐温、耐腐蚀、高强度、低阻力，以及涤纶的耐折、耐磨性好的优点。1．3功能性滤料新型滤料即功能性滤料，是针

5、对特定行业(如耐高温、耐腐蚀、抗静电、拒水、拒油、阻燃、清除有害气体等)而开发的空气过滤材料，正越来越多地应用于工业烟气处理、室内空气净化等领域。2．纳米技术在空气过滤材料的应用与研究：纳米技术是一种新型科技，从2O世纪80年代诞生至今表现出了强有力的生命力，得到了飞跃的发展。到2005年为．1，国内纳米技术应f{j发展势头较好的行业有精细化I：、纺织、建筑、轻、电力、材料工业、涂层、包装。纳米技术主要的表现形式为纳米纤维和纳米微粒，分别应用于复合型和功能性空气过滤材料。21纳米纤维在空气过滤材料的研究‘静电纺丝技

6、术是目前制备纳米纤维最重要的基本方法。利用静电纺丝方法能够得到直径为L十或L百纳米的纳米级纤维，形成的纤维毡重量轻、渗透性好、比表面积大、孔隙率高、内部孔隙的连通性好、容易与纳米级的化学物质或功能性物质相结合，很适合用作过滤材料。由于纳米纤维具有较大的比表面积，所以增加了空气中悬浮微小颗粒在其表面沉积的概率，从而提高了其除尘的效率。与传统纤维相比较，电纺纳米纤维具有纤维直径小、比表面积大等优点，空气过滤过程中在同样气压损失的情况下，电纺纳米纤维对于颗粒过滤的直接拦截效应和惯性冲击效应更为显著，有利于提高薄膜的过滤效

7、率。电纺纳米纤维在空气颗粒过滤中的优势，使其将逐步取代传统纤维薄膜应用于各种高效空气过滤装置中，因此电纺纳米纤维在空气过滤应用中的巨大潜力吸引了越来越多的关注。壳聚糖作为天然可降解生物材料，因其特有的生物相容性和降解性，一直以来都是研究的重点，大量报道介绍了壳聚糖的混纺，如壳聚糖／聚乙烯醇(CS／PVA)、壳聚糖／聚氧化乙烯(cs／PE0)H、壳聚糖／丝素(CS／SF)等，都成功纺制出了具有稳定<河北纺织》20IO年第一朋(总140朋)专题研究细度和一定抗菌效果的功能性纤维。．乇晗。等人采用静电纺丝的方法。制造出不

8、同直径的纳米纤维薄膜。低风速下进行空气过滤实验，建立初步分析模型，分析了纤维直径和过滤性能间的关系。Kim”’等人在聚碳酸酯／氯仿溶液中添加苄基三乙基氯化铵，静电纺丝得到纤维直径为1．O～8．1m的纤维毡，进行革兰氏阴性、阳性菌和克雷伯氏菌的抗菌测试。发现18h后细菌减少了99．9％，与商品HEPA材料相比，该抗菌纤维过滤材料具有更高的过滤效率。纳米纤维的加