纳米纤维在空气过滤中的应用

纳米纤维在空气过滤中的应用

随着我国工业化程度的提高，环境污染问题越来越严重，污染越来越严重。过滤式除尘技术主要应用于空气过滤材料，高效低阻的空气过滤材料可去除空气中大部分颗粒物，其开发和应用是人们关注的焦点。目前，通常使用非织造空气过滤材料，普通非织造材料的纤维杂乱排列，其纤维直径为几十微米，是纳米级纤维的几百倍，而且材料的孔径较大，对一些极细颗粒（如粒径为0.3μm）的过滤效果较差。而纳米纤维作为过滤材料的重要纤维元素，对微细颗粒物的捕集十分有效1岛型双组分复合纺丝法纳米纤维的制备技术包括聚合物静电纺丝法、分子喷丝板纺丝法、海岛型双组分复合纺丝法和单螺杆混抽法等。近年来，静电纺丝是最常用的制备纳米纤维的技术虽然纳米纤维层具有纤维直径小、比表面积大等优点，但是强力低、易分层非织造布是最常用的基布，以通过针刺2放大过滤作用复合滤料是将多个独立的过滤层组合成一个整体，将每层的过滤作用放大，达到提高整体过滤性能的目的。纳米纤维复合滤料分为以常规过滤材料为基布的叠层复合过滤材料和不需要基布的混合过滤材料。2.1纳米纤维集群复合空气过滤材料叠层复合过滤材料的纳米纤维沉积在基布上，其结合方式为简单复合，加固方式分为热粘合、化学粘合和化学处理法。2.1.1多层均密度结构简单复合是将纳米纤维直接覆在基布上，依靠纤维间范德华力或静电作用结合，但复合不牢靠，不能形成一体化的材料，包括单层复合结构、夹层复合结构、多层梯度结构和多层均密度结构。单层复合结构是基布表面直接静电纺纳米纤维。在这个结构中，基布一般作为支撑层仅提供足够的强力、保持材料的尺寸稳定性，纳米纤维层作为过滤性能的主要承担者，但过滤气流较大时，纳米纤维层很可能破裂。纳米纤维的纺丝时间、厚度等对复合结构具有一定的影响。Leung等夹层复合结构效仿“三明治”结构，上下两层布既避免了纳米纤维层遭到破坏，又起到了对颗粒预过滤的作用。Wang等多层梯度结构是多种材料分层复合，形成层与层之间纤维直径不同、结构不同或纤维填充率不同等结构，达到各层发挥不同过滤效果、提高整体过滤性能的目的。Leung等多层均密度结构的材料将多个单层复合垫（纳米纤维层+基布）叠合组成一个整体。多层均密度结构的优势在于：(1)该结构能减小单层中纳米纤维的不均匀性，增加材料整体的均匀性。Hung等2.1.2化学粘合处理热粘合方法利用热辊施加的压力和热量将不同层粘合起来，实现纤维自身的粘合来提高层间稳定性、层间断裂韧性，避免分层。不添加其他化学物质，利用热辊施加的压力、热量及依靠纤维间作用粘合，Vinh等(2）化学粘合利用胶粘剂或热熔胶粉使层与层之间粘合，可提高纳米纤维之间以及纳米纤维与基布之间的粘结性能。Feng等(3）化学处理法化学处理法是用化学试剂或等离子体处理基布，改变纤维和材料表面结构，在纳米纤维和基布表面形成交联键，提高纤维间的作用力，则提高了纳米纤维与基布间的粘结性能。Varesano等Rombaldoni等叠层复合空气过滤材料是纤维层与纤维层的复合，依靠纤维间作用力或外力结合。纳米纤维层通常是薄膜状，机械强度较低，难以避免内部纳米纤维层的断裂；当静电纺丝时间较长时，纳米纤维堆积不均匀，还具有较高的填充密度，导致较高的初始阻力，被沉积的颗粒会迅速堵塞材料，持尘能力较低。2.2混合纤维过滤材料混合纤维空气过滤材料是将纳米纤维与微米纤维混合在同一层间，依靠纤维间的纠缠和抱合，实现纤维与纤维复合的目的。混合纤维过滤材料的微米级纤维起骨架作用，纳米纤维增加比表面积，有望解决叠层过滤材料的纤维填充不均匀、纳米纤维层机械强度低、使用寿命短等问题。纳米纤维与微米纤维的混合主要通过以下3种工艺实现。一是熔喷工艺，Deng等二是湿法成网，Choi等三是静电纺丝与干法成网结合，钱晓明等3纳米纤维叠层复合空气过滤材料的制备研究随着现代化的提高，高效低阻、性价比高和安全环保的过滤材料越来越重要。纳米纤维复合过滤材料是通过引入纳米纤维和微米纤维制备叠层和混合结构复合材料，可以取长补短、获得优异的过滤性能。目前，对纳米纤维叠层复合空气过滤材料的研究主要集中在通过改变单层纳米纤维的参数（纺丝时间、面密度、厚度、填充密度等）实验上，较少有对基材进行改变参数（面