PSU基驻极纳米纤维空气过滤材料的可控制备及其在车载空气净化器应用研究

发布时间：2020-10-30 15:59

　　 空气是我们人类耐以生存的必要条件。近些年来,随着工业化进程的不断的快速推进,在给经济带来快速发展的同时,也给人们带来了严重的空气污染问题,时时刻刻的危害着人类的身体健康。伴随着人们的生活水平质量不断提升,汽车进入家家户户,汽车渐渐成为人们出行的第一选择,人们在汽车内度过的时间也增多,随着大气环境的逐渐恶劣,汽车室内环境也随之变得更加恶劣,与此同时,汽车的一些装饰、面料等也会释放着有害微粒,从而使得车内环境更加恶劣。车载空气净化器作为一种车内空气净化的工具,可以在动力驱动下快速有效的净化车内空气。车内的空气污染物主要分为细微颗粒物和VOCs气体两大类。目前,车载空气净化器的净化滤芯的核心材料多为普通非织造纤维过滤材料、玻璃纤过滤材料和熔喷纤维过滤材料。然而,普通的非织造滤材可以实现对颗粒物的有效过滤,但是纤维径粒大难以完成对微细颗粒物的高精度过滤;玻纤过滤材料凭借着直径细和孔径小的优势能达到较高的过滤效率,但是存在高的空气阻力的问题;熔喷驻极过滤材料可以在不增加压阻的情况下实现高的过滤性能,但是其稳定性受环境影响较大,并且存在使用周期短的问题。所以,现在空气过滤材料存在空气过滤效率和空气阻力无法平衡的缺陷,即无法实现高效低阻,而且是材料大多为单一功能性材料,主要是针对细微颗粒污染物,无法同时实现有效的过滤车内环境中的PM2.5颗粒和净化汽车内饰以及皮革释放的甲醛等有害物质,无法满足人们对车载空气净化器材料的需求,所以亟需开发一种高效率低空气阻力且具备除甲醛功能的空气过滤材料。纤维驻极技术能够在滤材上存储大量的电荷,利用静电作用对细微颗粒进行高效吸附从而有望解决当前纤维空气过滤材料所存在的过滤效率和空气阻力难以平衡的难题。当前的驻极材料大多是纤维成型后加再加静电驻极,这种驻极方式存在这带电荷量低、电荷不稳地的问题。然而,静电纺丝技术能够在纤维成型的时候原位注入电荷,使成型后纤维电荷能够稳定存在,大大增强了材料的驻极性能,并且制备的材料具备纤维直径小、孔隙率高等特点,有助于实现高的过滤效率和低的空气阻力。除此之外,在静电纺丝过程中,可以通过在静电纺丝原液中引入功能性添加剂,实现材料功能的多样化。本课题在采用静电纺丝技术的基础上,通过对有机驻极材料PSU含量浓度、纺丝湿度环境的调控,得到不同的PSU溶液,并纺制成不同的PSU驻极纳米纤维膜材料,并利用扫描电子显微镜(SEM)、泡点法孔径分析仪(PMI)、综合滤料测试仪(LZC-H)等分析测试表征了纤维膜的纤维直径大小、孔径及孔隙率等形貌结构进行表征分析以及过滤性能检测对比,还利用非接触式静电探针测试统计了纤维膜电荷量,系统探索了电荷存储性能及稳定性,最终结果确定了PSU含量为22wt%,湿度为43±4%下纺制的纤维膜具有最优的空气过滤性能及驻极稳定性。纤维膜的过滤效率能达到在99%以上,且稳定保存电荷。为了进一步提高PSU驻极纳米纤维膜对气体有害物质的过滤性能,添加了除甲醛剂MnO_2并进行调控,探究了不同含量的MnO_2对纤维形态结构和纤维膜性能的影响,最终确认了1wt%的MnO_2的添加量为最适含量。纤维膜在保持94.8%的效率同时,也能达到对甲醛高效分解去除。并完成对PSU复合纤维膜的规模化制备,同时对PSU复合纤维膜进行加工处理,应用于车载净化器滤芯,经过实际测试,滤芯的除甲醛效率可以稳定达到90%,过滤效率达到98%,压阻低,同时具有长期使用寿命,在空气净化领域具有很好的应用前景。
【学位单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TB383.1;TQ340.64
【部分图文】：

静电纺丝过程示意图

图 3-2 不同浓度 PSU 纤维膜直径长度径从 18wt%的 0.62μm 增加到 1.21μm。结构更加均一、排布更整齐，使得纤维堆滤性能的好坏，所以找到合适条件调控好

图 3-3 不同浓度 PSU 纤维膜（a）纤维膜孔径， （b）纤维膜的孔隙率根据图 3-3 可知随着浓度的升高，孔径先减小在增大。18%浓度下的纤维膜孔径比 20%的孔径大是因为纤维因为低浓度的纤维有较多的串珠结构，导致纤维孔径不一，略微大些，随着纤维纺丝均匀稳定，孔径随着浓度的升高也在不断的升高。纤维膜的孔隙率也有着相同的趋势。
【参考文献】

相关期刊论文 前5条

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本文编号：2862698