一种具有除甲醛功能的皮芯结构纳米纤维膜及其制备方法与流程

本发明涉及一种具有除甲醛功能的皮芯结构纳米纤维膜及其制备方法，属于功能材料制备以及空气净化。

背景技术：

1、环境污染问题一直是大家所关注的问题之一。甲醛作为室内气体污染物，人体吸入会持续性的刺激人体皮肤、内脏、呼吸道黏膜、细胞组织、影响dna单链内交联、损伤dna自体修复；轻则引发记忆力下降、咽喉肿痛等症状，重则诱发白血病、鼻咽喉、肝/肺癌等重疾，已被国际癌症研究机构列为第一类致癌物质。然而，由于甲醛的具有化学稳定性和易于与其它室内污染物的相互作用的特点，使其难以去除。而且，甲醛具有长期释放特性，这就要求去除技术必须具备持久的效率和稳定性，同时经济成本和操作简便性也是评价去除技术的重要指标。因此，开发有效的甲醛去除材料或技术对于改善室内空气质量、保障人体健康具有重要意义。

2、目前，室内空气甲醛脱除方法主要分为物理方法、化学方法、微生物方法三大类。其中，物理方法包括物理吸附法、微生物脱除法。物理法主要是物理吸附法，其是通过分子间的范德华力将甲醛分子吸附在吸附剂的表面或孔道内；常用的吸附剂主要有活性炭、分子筛、多孔氧化铝等。物理吸附剂具有无选择性、易脱附、且具有饱和性等特点，且吸附饱和后易脱吸附可从而造成二次污染。微生物脱除法由于对环境要求严格，相关研究和应用较少。化学方法包括化学吸附法、催化氧化法、光催化法和等离子法。化学吸附法亦只是将甲醛吸收存储，亦存在脱吸附的问题；热催化氧化法在实际使用中需要额外的热源、催化剂稳定性差、且附在贵金属价格较贵等问题。等离子法的甲醛脱除效率高，兼具杀菌和其它有基挥发污染物去除效果，但是能耗较高、设备要求高，且易产生臭氧、一氧化碳等副产物，适用于短时快速除醛、不适合长期家用的勤情况。光催化法利用光照激发光催化剂至导带，产生光生电子和空穴对以及自由基，这两种自由基及空穴都具有强氧化性能够将甲醛等有机物分解为水和二氧化碳。其中，tio2是最常见的光催化剂，通过调控光催化剂的属性包括晶型、微结构、拓扑结构等可以调节其催化降解效率。

3、目前，市场上对于tio2光催化除醛材料应用方面的研究主要集中在多孔材料、粉剂、喷雾等产品；然而甲醛藏匿于家装中能连续向外挥发3-15年，这些材料的长效应用性差，难以长期作用。因此，长期、高效除醛材料的研究依旧充满挑战。

技术实现思路

1、[技术问题]

2、常规用于除甲醛的材料很难长期、高效的去除甲醛。

3、[技术方案]

4、为了解决上述问题，本发明将除醛剂、皮层聚合物、有机溶剂混合形成皮层纺丝液；将芯层聚合物、有机溶剂混合均匀，得到芯层纺丝液；之后将皮层纺丝液、芯层纺丝液通过同轴静电纺丝，干燥，得到具有除甲醛功能的皮芯结构纳米纤维膜。本发明制备的具有除甲醛功能的皮芯结构纳米纤维膜具有阻燃、高机械性能和高除醛效率。

5、本发明的第一个目的是提供一种制备具有除甲醛功能的皮芯结构纳米纤维膜的方法，包括如下步骤：

6、(1)将皮层聚合物、除醛剂、有机溶剂混合均匀，得到皮层纺丝液；其中，除醛剂和皮层聚合物的质量比为0.5-4：100；除醛剂为光触媒气凝胶材料；

7、(2)将芯层聚合物、有机溶剂混合均匀，得到芯层纺丝液；

8、(3)将皮层纺丝液、芯层纺丝液通过同轴静电纺丝，干燥，得到具有除甲醛功能的皮芯结构纳米纤维膜。

9、在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中光触媒气凝胶材料的制备方法包括如下步骤：

10、将二氧化硅气凝胶：光触媒二氧化钛：钛白粉：黏合剂按照质量比1-5：2-10：1：10-30混合均匀，形成混合物；之后将混合物和无水乙醇混合进行球磨，除去乙醇，得到光触媒气凝胶材料；

11、其中，球磨是先以1000-1500r/min的速度进行低速球磨6-12h；之后以1500-3000r/min的速度进行高速球磨12-36h；

12、球磨时根据需要添加无水乙醇。

13、在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中皮层聚合物为聚酰亚胺(pi)、芳纶、聚苯并恶唑(pbo)、聚苯并咪唑(pbi)、聚醚醚酮(peek)中的一种或几种。

14、在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中有机溶剂为n，n-二甲基甲酰胺、n，n-二甲基乙酰胺、六氟异丙醇、三氟乙醇、水、乙醇、二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮等溶剂中的一种或几种的混合溶剂。

15、在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中皮层聚合物和有机溶剂的用量比为1g：8-12ml。

16、在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中混合均匀是在200-1000rpm下搅拌4-8h。

17、在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中混合均匀是先将皮层聚合物溶于有机溶剂中，之后再加入除醛剂进行分散。

18、在本发明的一种实施方式中，步骤(2)中芯层聚合物为聚偏氟乙烯(pvdf)、聚酰胺(pan)、聚酰亚胺(pi)、芳纶、聚苯并恶唑(pbo)、聚苯并咪唑(pbi)、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚乳酸、聚己内酯、纤维素中的一种或几种。

19、在本发明的一种实施方式中，步骤(2)中有机溶剂为n，n-二甲基甲酰胺、丙酮、n，n-二甲基乙酰胺、六氟异丙醇、三氟乙醇、水、乙醇、二氯甲烷、三氯甲烷等溶剂中的一种或几种的混合溶剂。

20、在本发明的一种实施方式中，步骤(2)中芯层聚合物、有机溶剂的用量比为2-4g：20ml。

21、在本发明的一种实施方式中，步骤(2)中混合均匀是200-1000rpm下搅拌4-8h。

22、在本发明的一种实施方式中，步骤(3)中同轴静电纺丝的参数如下：

23、皮层纺丝速率为0.5-1.5ml/h，芯层纺丝速率为1.8-2.5ml/h，静电压为14-16kv，接收距离为10-20cm，接收滚筒转速为100-300rpm。

24、在本发明的一种实施方式中，步骤(3)中干燥是50-70℃下干燥10-20h。

25、本发明的第二个目的是本发明所述的方法制备得到的具有除甲醛功能的皮芯结构纳米纤维膜。

26、本发明的第三个目的是提供一种除甲醛织物，其含有本发明所述的具有除甲醛功能的皮芯结构纳米纤维膜。

27、本发明的第四个目的是本发明所述的具有除甲醛功能的皮芯结构纳米纤维膜、除甲醛织物在空气净化领域中的应用。

28、在本发明的一种实施方式中，所述的应用包括用于制备高效除醛材料。

29、[有益效果]

30、(1)pi(聚酰亚胺)具有优异的耐温性、耐磨性、耐辐射、耐化学腐蚀性、高强高模的综合性能；pvdf(聚偏氟乙烯)无活性基团，具有很好的耐化学性，对强酸、强碱、氧化剂及卤素等都具有很好的稳定性，机械性能良好，且价格低廉；光触媒气凝胶材料兼具吸附和光催化性能的优势，能够实现对甲醛的高效处理，能较好的应用于除醛领域；本发明采用同轴静电纺丝的技术将气凝胶除醛剂负载在皮层，以pvdf为芯层，得到兼具阻燃、高机械性能和除醛效果的皮芯结构纳米纤维膜。

31、(2)本发明中采用同轴静电纺丝制备得到的皮芯结构纳米纤维膜可以发挥内、外层不同高聚物所形成的协同效应。

32、(3)本发明中除醛剂的皮层聚合物具有出色的耐高温性和耐化学性，使得纳米纤维膜外层不仅具有高效的除醛性能，还具备了阻燃效果。

33、(4)本发明采用耐化学性、高强度的芯层聚合物作为芯层，使得纳米纤维膜具有优异的机械性能。

34、(5)本发明将除醛剂只用于皮层中就可以获得优异的除醛效果，降低了除醛剂的用量从而降低了其生产成本，有利于大规模的生产，也为除醛材料的研究提供了一定思路。

35、(6)本发明采用的除醛剂光触媒气凝胶材料属于光触媒催化剂，在太阳光的作用下，便能与室内的甲醛反应，生成二氧化碳和水，不存在吸附后饱和继续释放的问题，从而达到除去甲醛的效果。