近年來(lái),隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的加快和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,空氣污染日益嚴(yán)重。據(jù)2018年生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的全國(guó)城市空氣質(zhì)量報(bào)告顯示,2018 年冬季(2018.10—2018.12)全國(guó)338 個(gè)地級(jí)及以上城市平均空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良天數(shù)比例為81.5%,輕度污染天數(shù)比例為13.3%,中度污染天數(shù)比例為3.2%,重度及以上污染天數(shù)比例1.9%。與去年同期相比,優(yōu)良天數(shù)比例上升3.2%,重度及以上污染天數(shù)比例上升0.2%。PM2.5平均濃度為46μg/m3,同比下降7.2%。但京津冀及周邊“2+26”城市平均空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良天數(shù)比例只有55.6%,同比下降5.9%,而且空氣質(zhì)量相對(duì)較差的20位城市大部分都分布在河北、河南、山西等北方地區(qū)?？諝馕廴疽廊皇俏?/span>國(guó)一個(gè)比較嚴(yán)峻的問題。大氣中直徑≤2.5μm 的顆粒物統(tǒng)稱為PM2.5,也被稱為可入肺顆粒物,進(jìn)入人體后會(huì)對(duì)心血管系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng)造成嚴(yán)重傷害,從而導(dǎo)致哮喘、心血管疾病、肺癌等疾病。傳統(tǒng)的空氣過濾材料纖維直徑粗、孔隙大,只能進(jìn)行初級(jí)過濾,難以滿足對(duì)微細(xì)顆粒物的有效過濾攔截。加上近年來(lái)環(huán)境污染加劇,物理、生物、化學(xué)污染日益嚴(yán)重,普通過濾材料不具備隔絕病毒等微小生物的能力,且產(chǎn)品笨重、透氣透濕性能差,逐漸瀕臨淘汰。
靜電紡納米纖維具有直徑小,孔隙率高、比表面積大等優(yōu)勢(shì),可以有效攔阻直徑較小的顆粒物,特別適用于開發(fā)空氣過濾材料。目前國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者研究了納米纖維膜的過濾性能,將6nm尼龍纖維(直徑<500nm)電紡在傳統(tǒng)空氣過濾器上,發(fā)現(xiàn)納米纖維膜密度的增加或納米纖維直徑的減小,都能提高過濾效率。將靜電紡超細(xì)PA6納米纖維和尼龍/棉織物復(fù)合,發(fā)現(xiàn)當(dāng)納米纖維膜厚度增加,過濾效率顯著增加,可達(dá)99%以上,但壓力降基本不變,突破了壓力降隨厚度增加而增加的瓶頸問題。天津津騰微孔濾膜復(fù)合過濾膜,并測(cè)試這種濾膜的空氣過濾耐久性,結(jié)果表明該復(fù)合纖維濾膜的孔徑和過濾效率隨測(cè)試時(shí)間的增加無(wú)明顯變化。靜電紡聚丙烯腈納米纖維膜,發(fā)現(xiàn)紡絲電壓越大,纖維直徑越小,膜的平均孔徑越小,最小可低至2.7μm,此時(shí)過濾效率最佳,高達(dá)98.3%。
利用靜電紡絲技術(shù),以PP無(wú)紡布作為基底材料制備了無(wú)紡布-聚己內(nèi)酯(PCL)納米纖維復(fù)合濾膜,通過改變?nèi)芤嘿|(zhì)量分?jǐn)?shù)和紡絲時(shí)間,制備了納米纖維直徑和厚度不同的復(fù)合濾膜,并分析纖維直徑和纖維膜厚度對(duì)復(fù)合濾膜透氣性、過濾效率和濾阻的影響。
儀器
掃描電子顯微鏡(SEM,蔡司sigma500),TSI8130自動(dòng)濾料檢測(cè)儀,YG461Z型全自動(dòng)透氣性能測(cè)試儀。φ13針式過濾器，天津津騰試驗(yàn)設(shè)備有限公司產(chǎn)品，SYD-265C運(yùn)動(dòng)粘度測(cè)定器，上海昌吉地質(zhì)儀器有限公司產(chǎn)品。
納米纖維復(fù)合濾膜的過濾性能過濾效率和阻力壓降是過濾材料的最重要的性能指標(biāo)之一,直接決定了材料的應(yīng)用性能。不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)和不同紡絲時(shí)間的PCL納米纖維濾膜的過濾效率和阻力壓降,不同紡絲時(shí)間條件下,隨著PCL納米纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從8%上升至16%,PCL納米纖維濾膜的過濾效率基本呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)。質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%和16%的PCL納米纖維濾膜的過濾效率較差,這主要是因?yàn)?% 的PCL納米纖維表面存在串珠,纖維間的孔隙較大,對(duì)氣溶膠顆
粒物的阻隔作用較小,過濾效率較低;16%的PCL納米纖維直徑較粗,濾膜的孔隙尺寸較大,過濾效率較低。而10%~14%的PCL 納米纖維直徑較小,且分布比較均勻,纖維膜對(duì)氣溶膠顆粒物的阻隔作用較大,過濾效率較高。不同溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的納米纖維復(fù)合膜對(duì)氣溶膠顆粒物的過濾效率隨紡制時(shí)間的加長(zhǎng)而有著明顯的提高。因?yàn)?/span>隨著納米纖維成網(wǎng)的時(shí)間推進(jìn),積累在纖網(wǎng)上的納米纖維越多,纖維交錯(cuò)的排列會(huì)有效的攔截過濾粉塵顆粒物,過濾效率才會(huì)越來(lái)越高。
天津市津騰試驗(yàn)設(shè)備有限公司成功制備了不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)和不同紡絲時(shí)間的PCL納米纖維復(fù)合濾膜,溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)和紡絲時(shí)間的變化會(huì)影響納米纖維的直徑和纖維膜厚度,并最終影響濾膜的透氣性和過濾性能。研究表明隨著溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,PCL納米纖維的直徑略有增加,纖維濾膜的透氣性呈現(xiàn)先減小后增加的趨勢(shì),而纖維濾膜的過濾效率和阻力壓降則都呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)。最后利用品質(zhì)因子綜合評(píng)定了不同的PCL納米纖維濾膜的過濾效率和阻力壓降,結(jié)果發(fā)現(xiàn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14%的PCL溶液紡制10min時(shí)得到的濾膜,以及12%的溶液紡制20min得到的濾膜,品質(zhì)因子比較高,性能優(yōu)越的高效低阻空氣過濾材料。
