本發(fā)明屬于空氣過濾領域，具體涉及一種靜電紡制備明膠/聚醚酰亞胺復合駐極體纖維過濾材料及其制備方法。
技術背景
隨著工業(yè)化進程的深入和快速發(fā)展，排放到大氣中的粉塵顆粒物急劇增加，其中PM2.5（粒徑小于2.5μm的顆粒污染物）會對人類的健康造成嚴重的傷害，其被吸入人體后會直接進入支氣管，引發(fā)哮喘、支氣管炎、塵肺和心血管病等疾病，這是造成我國肺癌患者急劇增加的主要原因之一。因此空氣過濾設備成為了研究熱點，其核心過濾材料的研究和開發(fā)更是成為了重中之重。
傳統(tǒng)的熔噴非織造駐極材料經(jīng)過駐極處理，表面帶上電荷使其具有較高的過濾效率，但其電荷穩(wěn)定性易受環(huán)境影響，且電荷衰減速率較快，過濾效率隨之大幅下降。此外，駐極過程作為一項必須的后處理工藝也在一定程度上增加了生產成本。
靜電紡絲過程需要施加高壓，在紡絲溶液中加入性能優(yōu)異的無機駐極體，通過靜電紡絲，使纖維和無機駐極體都帶上電荷，利用靜電吸附可以大大增強靜電紡/駐極體復合纖維膜的過濾效率，并降低阻力壓降，可以對PM2.5進行有效的防護。
李小崎、高晶副等人在《駐極聚醚酰亞胺-二氧化硅納米纖維膜在空氣過濾中的應用》一文中采用靜電紡絲技術，首先以聚醚酰亞胺（PEI）為原料，制備出不同濃度的PEI溶液，添加二氧化硅、氮化硅、鈦酸鋇等駐極體，駐極體的加入使靜電紡纖維膜帶上大量空間電荷，使其過濾效率有較大的提高。
本發(fā)明將硅納米線作為無機駐極體加入到聚醚酰亞胺紡絲液中，制備聚醚酰亞胺復合纖維過濾材料，添加載銀納米二氧化鈦提高復合纖維過濾材料的抗菌型，提高駐極體過濾材料的過濾性能。
技術實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術不足，本發(fā)明提供一種靜電紡制備明膠/聚醚酰亞胺復合駐極體纖維過濾材料及其制備方法。
一種靜電紡制備明膠/聚醚酰亞胺復合駐極體纖維過濾材料，由以下重量份的原料組分：聚醚酰亞胺65-80份，明膠10-18份，一氧化硅6-11份，粉末活性炭9-16份，3-氨丙基三乙氧基硅烷偶聯(lián)劑1-3份，冰乙酸0.8-2份，去離子水適量，偏鈦酸3-6份，0.6mol/L的AgNO3溶液適量，N-甲基吡咯烷酮適量，乙酸0.8-2份。
具體步驟如下：
（1）載銀納米二氧化鈦的制備：
將偏鈦酸加入去離子水中，控制溶液濃度在0.4-0.7mol/L，加熱至105-125℃使其維持沸騰，發(fā)生水解反應生成白色偏鈦酸沉淀，離心過濾、洗滌至沉淀中不再檢出SO42-離子，浸漬在0.6mol/L的AgNO3溶液中，在70-90℃下烘干后在460-490℃下煅燒1-2小時，得到載銀納米二氧化鈦；
（2）硅納米線的制備：
將裝有一氧化硅粉末的小瓷舟水平放置于氧化鋁管中間，然后將該管放在高溫管式爐中，抽真空在80-100Pa，然后將溫度分別升高到100-200、800-1100℃并分別保溫50-70分鐘，之后升溫到1300-1400℃保溫3-5小時；之后以1-3℃/min的速率降溫到550-650℃并保溫20-40分鐘，同時以50sccm鼓入空氣到爐腔，自然冷卻至室溫，得到硅納米線，備用；
（3）活性炭負載硅納米線的制備：
①、將3-氨丙基三乙氧基硅烷偶聯(lián)劑加入到去離子水，并用少量冰乙酸調節(jié)pH至4，在室溫下攪拌20-40分鐘，之后加入步驟（1）得到的硅納米線，在80-100℃回流反應11-13小時，抽濾、洗滌、干燥，得到氨基化硅納米線復合物；
②、將得到的氨基化硅納米線復合物、粉末活性炭加入到去離子水，用超聲波在40℃、150W的條件下混勻20-40分鐘，室溫下靜止老化24小時，用去離子水清洗多次至流出液呈中性，110-120℃烘干10-14小時至恒重，再置于馬弗爐中380-420℃焙燒3-5小時，冷卻、干燥，制得活性炭負載硅納米線；
（4）紡絲溶液的配制：
①、將步驟（1）得到載銀納米二氧化鈦、步驟（3）制得活性炭負載硅納米線加入N-甲基吡咯烷酮中，放在超聲波清洗器中超聲1-3小時，設為溶液A；
②、在室溫條件下，將聚醚酰亞胺與N-甲基吡咯烷酮以1:3-4的比例混合，加入明膠繼續(xù)攪拌至混合均勻，之后加入乙酸攪拌至透明，用封口膜封住瓶口，放在油浴中55-65℃加熱18-22小時，設為溶液B，置于磁力攪拌器上攪拌，緩慢加入上述溶液A，繼續(xù)攪拌7-9小時，配置成流動性良好的紡絲液；
（5）將上述紡絲溶液進行靜電紡絲，得到靜電紡納米纖維駐極過濾材料。
其中，所述的靜電紡絲工藝參數(shù)為：電壓為1-50KV，針頭到接收模板距離為0.1-2m，噴絲頭直徑為1μm-2mm，紡絲速度為0.1-20mL/h，紡絲時間為8-10小時，環(huán)境溫度為20-60℃，環(huán)境相對濕度為20-80%。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：
（1）本發(fā)明制備出含有α-石英的硅納米線，由于α-石英形成過程中的體積膨脹被外層的無定形二氧化硅限制而使α-石英產生了壓電效應，同時將產生的電荷儲存于外層具有良好電荷儲存性能的無定形二氧化硅層中，從而表現(xiàn)出很好的駐極體行為，通過靜電紡絲技術一步制備靜電紡/駐極體復合纖維過濾材料，在凈化PM2.5粒子時具有孔徑小、孔隙率高、低空氣阻力等優(yōu)點，并且具有優(yōu)異的電荷儲存穩(wěn)定性能，大大提高濾材的過濾效率。
（2）活性炭具有豐富的孔隙結構和獨特的化學官能團，是環(huán)境友好型優(yōu)良吸附劑，本發(fā)明使用活性炭負載經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理后的硅納米線，提高活性炭對硅納米線的負載量，兩者復配使用提高濾材對空氣中有害物質的吸附。
（3）采用納米銀載入納米二氧化鈦進行表面改性，可以將光的利用范圍擴展到可見光，在可見光催化的條件下實現(xiàn)分解過濾材料長期吸附的空氣中的微塵等有害物質，而且兩者協(xié)同分解過濾材料上滋生的細菌、病毒等微生物，提高過濾材料的自清潔性能、抗菌持久性能，達到長期高效的過濾效果。
（4）本發(fā)明制得明膠/聚醚酰亞胺復合納米纖維的纖維直徑小，具有優(yōu)異的阻隔、過濾性能和良好的力學性能。通過向溶液中加入少量廉價的乙酸就能快速、高效地解決相分離問題，并且所加入的乙酸在紡絲過程中能快速揮發(fā)，不影響纖維組成材料的化學結構和性能。
具體實施方式
一種靜電紡制備明膠/聚醚酰亞胺復合駐極體纖維過濾材料，由以下重量份的原料組分：聚醚酰亞胺75，明膠16，一氧化硅8，粉末活性炭13，3-氨丙基三乙氧基硅烷偶聯(lián)劑2，冰乙酸1.5，去離子水適量，偏鈦酸5，0.6mol/L的AgNO3溶液適量，N-甲基吡咯烷酮適量，乙酸1。
具體步驟如下：
（1）載銀納米二氧化鈦的制備：
將偏鈦酸加入去離子水中，控制溶液濃度在0.6mol/L，加熱至115℃使其維持沸騰，發(fā)生水解反應生成白色偏鈦酸沉淀，離心過濾、洗滌至沉淀中不再檢出SO42-離子，浸漬在0.6mol/L的AgNO3溶液中，在80℃下烘干后在480℃下煅燒1小時，得到載銀納米二氧化鈦；
（2）硅納米線的制備：
將裝有一氧化硅粉末的小瓷舟水平放置于氧化鋁管中間，然后將該管放在高溫管式爐中，抽真空在90Pa，然后將溫度分別升高到200、900℃并分別保溫60分鐘，之后升溫到1350℃保溫4小時；之后以2℃/min的速率降溫到600℃并保溫30分鐘，同時以50sccm鼓入空氣到爐腔，自然冷卻至室溫，得到硅納米線，備用；
（3）活性炭負載硅納米線的制備：
①、將3-氨丙基三乙氧基硅烷偶聯(lián)劑加入到去離子水，并用少量冰乙酸調節(jié)pH至4，在室溫下攪拌30分鐘，之后加入步驟（1）得到的硅納米線，在95℃回流反應12小時，抽濾、洗滌、干燥，得到氨基化硅納米線復合物；
②、將得到的氨基化硅納米線復合物、粉末活性炭加入到去離子水，用超聲波在40℃、150W的條件下混勻30分鐘，室溫下靜止老化24小時，用去離子水清洗多次至流出液呈中性，115℃烘干12小時至恒重，再置于馬弗爐中400℃焙燒4小時，冷卻、干燥，制得活性炭負載硅納米線；
（4）紡絲溶液的配制：
①、將步驟（1）得到載銀納米二氧化鈦、步驟（3）制得活性炭負載硅納米線加入N-甲基吡咯烷酮中，放在超聲波清洗器中超聲2小時，設為溶液A；
②、在室溫條件下，將聚醚酰亞胺與N-甲基吡咯烷酮以1:4的比例混合，加入明膠繼續(xù)攪拌至混合均勻，之后加入乙酸攪拌至透明，用封口膜封住瓶口，放在油浴中60℃加熱20小時，設為溶液B，置于磁力攪拌器上攪拌，緩慢加入上述溶液A，繼續(xù)攪拌8小時，配置成流動性良好的紡絲液；
（5）將上述紡絲溶液進行靜電紡絲，得到靜電紡納米纖維駐極過濾材料。
其中，所述的靜電紡絲工藝參數(shù)為：電壓為12KV，針頭到接收模板距離為20cm，噴絲頭直徑為0.5mm，紡絲速度為0.6mL/h，紡絲時間為9小時，環(huán)境溫度為25℃，環(huán)境相對濕度為55%。
產品性能測試結果：
透氣性：185.67L/m2·s，孔隙率：>80%，壓阻：<20Pa，對0.006-1μm的顆粒的過濾效率可達99.999％以上。