【摘 要】
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随着工业化进程的不断推进,人们的生活与空气过滤材料的关系越来越紧密,在室内净化器、无尘车间、车载滤清器等领域都已得到广泛的应用。最近由于新冠肺炎的爆发更是使得公众对于个人防护用品需求量剧增,同时全国各地方舱医院通过使用新风系统实现零交叉感染,从而使得国内疫情得到快速控制。传统的空气过滤材料只能充分过滤粒径达到微米及以上的颗粒物,并且存在着过滤效率低、使用寿命短等问题,无法满足实际应用的需求。本文分
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随着工业化进程的不断推进,人们的生活与空气过滤材料的关系越来越紧密,在室内净化器、无尘车间、车载滤清器等领域都已得到广泛的应用。最近由于新冠肺炎的爆发更是使得公众对于个人防护用品需求量剧增,同时全国各地方舱医院通过使用新风系统实现零交叉感染,从而使得国内疫情得到快速控制。传统的空气过滤材料只能充分过滤粒径达到微米及以上的颗粒物,并且存在着过滤效率低、使用寿命短等问题,无法满足实际应用的需求。本文分析了基于静电纺丝工艺制备的空气过滤材料研究现状,并对目前现有的静电纺纳米纤维空气过滤材料面临的问题进行了深入探讨,揭示了问题的主要原因在于无法保证高效过滤与极低压降差之间的平衡,本文尝试通过改变纤维材料表面结构和构建纳米蛛网纤维来解决该问题。因为静电纺纳米纤维自身具备均一性好、孔径小、孔隙率高等优点,同时纤维直径对于过滤性能影响极为关键,所以着重探讨前驱液浓度与电压对纳米纤维直径的影响。通过优化上述参数,最终制备的过滤材料不但拥有优异的过滤性能,同时还具有良好的透光性、耐热性等优点。本文主要研究内容如下:通过采用热塑聚氨酯聚合物制备具有高透明度的纳米纤维空气过滤膜。调节前驱液中热塑聚氨酯含量,纳米纤维平均直径可从（0.14±0.06）μm调整到（0.81±0.17）μm。经过优化后的热塑聚氨酯纳米纤维空气过滤膜PM2.5过滤效率高达98.92%,光学透明度约60%,压降差约10 Pa,品质因子为0.45 Pa-1。此外,在200 ml/min的气体流速下持续过滤12 h,热塑聚氨酯纳米纤维空气过滤膜的过滤性能保持稳定,过滤效率无明显衰减。通过向聚丙烯腈溶液中掺杂勃姆石制备复合型纳米纤维空气过滤膜。调节前驱液中聚丙烯腈和勃姆石的浓度,聚丙烯腈-勃姆石复合纳米纤维尺寸可以从（0.09±0.03）μm调整到（0.81±0.11）μm。基础重量为1 g·m-2时,优化后的聚丙烯腈-勃姆石复合型空气过滤膜的PM2.5过滤效率高达99.962%、压降差为58 Pa。更重要的是,引入勃姆石作为驻极体后,当空气流速为6 L/min,经过48 h连续测试,PM2.5过滤效率仅衰减0.03%,远小于不加勃姆石的过滤膜,其值约为1.02%。通过向热塑聚氨酯溶液中掺杂金属锂离子制备含有纳米蛛网结构的空气过滤膜。探讨不同的基础重量对于掺杂金属锂离子的热塑聚氨酯空气过滤膜性能的影响规律,找出最佳基础重量。调节前驱液中锂离子浓度,热塑聚氨酯纳米纤维蛛网结构的平均孔面积可以从0.6504μm~2调节到0.0083μm~2,基础重量为6 g·m-2的锂离子掺杂的热塑聚氨酯纳米纤维空气过滤膜在具备良好光学透明性的基础上,超细颗粒物PM0.1过滤效率为97.08%、压降差为58Pa、计算得到最终的品质因子为0.061 Pa-1。
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