CN106540490A - 一种复合型纳米滤料、其制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种纳米滤料，尤其涉及一种复合型纳米滤料、其制备方法及应用，所述纳米滤料包括基底支撑层(1)、纳米纤维层(2)和保护层(3)；其中，所述基底支撑层(1)、纳米纤维层(2)和保护层(3)通过耐高温粘合剂粘合。本发明纳米滤料过滤效率高，对PM2.5等微小颗粒的过滤效率大于99.5％，过滤残余阻力可控制在200Pa以内；且本发明纳米滤料能够在180-240℃条件下长期使用，瞬时耐温可达260℃，具有较强的抗酸碱性和抗热氧化性，使用寿命长。
Description
技术领域
本发明涉及化工领域，具体涉及一种纳米滤料，尤其涉及一种复合型纳米滤料、其制备方法及应用。
背景技术
当前我国空气污染非常严重，大面积雾霾事件频繁发生，已经严重影响了人们的正常生活，频繁发生的雾霾天气也引起了国内外的广泛关注。雾霾中的主要成分是PM2.5，这些细小颗粒物对人体有极大的危害，通过人们的呼吸可以直接进入支气管，并被人体吸收引发包括哮喘、支气管炎、尘肺和心血管病等众多疾病。同时，PM2.5中有不少可溶性的粒子，如硫酸盐、硝酸盐、铵盐以及有机酸盐等，这些粒子的吸水性很强，这些可溶性粒子极容易吸附水气，而形成灰霾天气。这种天气严重地降低了空气的能见度，可导致交通事故，造成人员伤亡和财产损失。
根据国家环保部统计数据显示，我国烟(粉)排放的85.6％来源于工业粉尘的排放，而工业粉尘的排放主要来源于化石能源的燃烧，特别是煤炭资源的大量使用。据统计，煤炭能源的消耗占全国能源消耗的70％，而煤炭燃烧产生大量的烟尘，正是PM2.5的主要来源。
袋式除尘器是有效去除烟(粉)气中粉尘颗粒的方法，废气通过过滤装置，废气中的气固两相发生分离，而决定袋式除尘器除尘效率的关键因素是滤料。袋式除尘器被广泛应用于电力、钢铁、水泥、有色金属冶炼工业、垃圾焚烧等诸多领域，不同的使用环境和烟气成分对除尘器滤料提出了新的要求。
燃煤工业含尘烟气排放温度一般在200℃左右，但含尘气体排放温度波动范围较大，因此所用滤料要求能够在180-240℃环境下长期使用。当前，市场上主要的耐高温过滤材料有聚苯硫醚、聚四氟乙烯、芳纶、聚酰亚胺、芳砜纶等，其中聚四氟乙烯通常作为覆膜材料。与国外发达国家相比，我国覆膜技术还不成熟，常发生膜破裂、脱落等问题，严重影响了材料的推广和使用。市场上广泛使用的袋式除尘器滤料主要是针刺毡无纺布，其纤维直径在5μm以上，孔径普遍在20μm以上，对小颗粒粉尘的过滤效率较低，根据国家最新公布的环境质量标准GB3095-2012以及火电厂大气污染物排放标准GB13223-2011要求，当前的过滤材料无法满足过滤要求。
CN 103505942 A采用熔喷法制备了纳米纤维过滤材料，详细说明了纳米纤维在小颗粒粉尘过滤方面的优势，但制备的材料无法在高温下长期使用，且材料强度低，无法承受多次高压脉冲清洗。CN 101795747 A描述了一种含有纳米纤维的空气过滤器滤料，详细说明了高效低阻滤料制备的可行性，但该滤料的纳米纤维层保护效果差，无法自动清灰，纳米纤维滤料的重复连续使用性较差。CN 102527158 A描述了一种耐高温过滤材料，使用聚苯硫醚或聚四氟乙烯纳米纤维，但制备的材料孔隙较大，对小颗粒粉尘过滤效率较低。
根据过滤理论，过滤材料的过滤效率随纤维直径的减小而提高，当纤维直径降到微纳米级时，纤维无纺材料体现出高比表面积和连接紧密的微小孔径结构，纤维直径的减小，使得粉尘在纤维表面的运动发生改变，进而使得过滤材料提供高过滤效率的同时，将过滤压降控制在较小的范围内。耐高温微纳米纤维过滤材料的出现为高温含尘烟气的过滤及净化提供了新的思路和方法，使高效率低阻力过滤得以实现。
发明内容
针对现有技术的不足及实际的需求，本发明提供一种复合型空气过滤纳米滤料及其制备方法，所述制备方法工艺简单，所制产品稳定性高、耐高温，可用于燃煤电厂、水泥和垃圾焚烧等工业领域的烟尘治理。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一方面，本发明提供一种复合型纳米滤料，所述纳米滤料包括基底支撑层、纳米纤维层和保护层；
其中，所述基底支撑层、纳米纤维层和保护层通过耐高温粘合剂粘合。本发明中，通过采用耐高温粘合剂将基底支撑层与纳米纤维层粘合，粘合效果好，通过在纳米纤维层上下分别设置基底支撑层和保护层，使得纳米纤维层不易破坏，解决了纳米纤维机械性能较差、易脱落、易破碎的问题。所述纳米纤维层能够有效提高滤料对细小粉尘颗粒的过滤效率，最易穿透粒子0.3μm过滤效率达到90％以上，同时过滤压降控制在较小范围内，实现高效低阻滤料的制备。
本发明中，采用耐高温粘合剂进行粘合，通过热压固化，粘合剂透过纳米纤维层，将三层材料有效粘合在一起，使复合型纳米滤料形成结构稳定的三明治结构，得到机械性能稳定，物理化学性能优良的耐高温纳米滤料，从而保证了滤料能够经受住长时间、高频次的反吹振荡，延长材料使用寿命，使纳米纤维层得到很好的保护。粘合剂固化后对滤料本身性能的影响极小，基底材料的孔径、孔隙率等性能基本没有影响。
优选地，所述耐高温粘合剂为耐180℃以上温度的粘合剂，温度例如可以是180℃、181℃、182℃、185℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、280℃、300℃、400℃、500℃、600℃或700℃。
优选地，所述耐高温粘合剂选自环氧树脂型粘合剂、硅胶粘合剂、聚酰亚胺粘合剂或马来酰亚胺粘合剂中的任意一种或至少两种的组合，选用的粘合剂固化后为柔软的固体，具有极好的柔韧性，材料可以反复折叠，保证了滤料的工业化应用，而环氧树脂型粘合剂更有利于纤维间的粘合，粘合强度高，且粘合剂固化后柔韧性高，优选为环氧树脂型粘合剂。
优选地，所述基底支撑层为耐180℃以上的无纺布材料，例如可以是180℃、181℃、182℃、185℃、190℃、200℃、220℃、230℃、240℃、250℃、280℃、300℃、400℃、500℃、600℃或700℃，优选为耐180-240℃的无纺布材料。
优选地，所述基底支撑层选自聚酰亚胺、聚苯硫醚、芳纶、芳砜纶、玻纤、聚四氟乙烯或聚醚醚酮中的任意一种或至少两种的混合，优选为芳纶、聚酰亚胺或聚苯硫醚无纺布中的任意一种或至少两种的混合。
优选地，所述基底支撑层的无纺布材料的纤维直径为1-200μm，例如可以是1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、8μm、10μm、20μm、30μm、50μm、60μm、80μm、100μm、120μm、130μm、150μm、160μm、180μm或200μm，优选为3-100μm，进一步优选为15-80μm。
优选地，所述基底支撑层的无纺布材料的纤维孔径为10-100μm，例如可以是10μm、11μm、12μm、13μm、15μm、16μm、18μm、20μm、22μm、23μm、25μm、26μm、28μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm或100μm，优选为20-80μm，进一步优选为30-60μm。
优选地，所述基底支撑层的无纺布材料的孔隙率大于75％，例如可以是75％、76％、77％、78％、79％、80％、82％、85％、88％、90％、92％、95％、96％、98％或99％。
优选地，所述基底支撑层的无纺布材料的克重为100-800g/m2，例如可以是100g/m2、101g/m2、102g/m2、103g/m2、105g/m2、108g/m2、110g/m2、130g/m2、150g/m2、160g/m2、180g/m2、200g/m2、230g/m2、250g/m2、280g/m2、300g/m2、310g/m2、330g/m2、350g/m2、380g/m2、400g/m2、420g/m2、440g/m2、460g/m2、480g/m2、500g/m2、600g/m2、700g/m2或800g/m2，优选为200-500g/m2。
优选地，所述纳米纤维层为耐180℃以上的聚合物纳米纤维，例如可以是180℃、181℃、182℃、185℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、280℃、300℃、400℃、500℃、600℃或700℃，优选为耐180-240℃的聚合物纳米纤维。
优选地，所述纳米纤维层选自聚酰亚胺、芳纶、芳砜纶、聚醚醚酮、聚四氟乙烯、聚苯并咪唑或聚苯硫醚中任意一种或至少两种的混合，聚酰亚胺是分子结构中含有酰亚胺基链节的芳杂环高分子化合物，聚酰亚胺是公认的综合性能最佳的有机高分子材料之一，选用的P84型聚酰亚胺溶解性好，可以很好的溶解在NMP、DMAc、DMF等非质子性溶剂中，与其它的聚酰亚胺一样，P84可在-200℃-300℃条件下长期使用，可纺性佳，绝缘性强，机械强度高，优选为聚酰亚胺。
优选地，所述纳米纤维层的纳米纤维直径为1-2000nm，例如可以是1nm、2nm、3nm、5nm、6nm、8nm、10nm、12nm、15nm、16nm、18nm、20nm、22nm、25nm、26nm、28nm、30nm、32nm、35nm、36nm、38nm、40nm、50nm、100nm、200nm、300nm、500nm、600nm、800nm、1000nm、1200nm、1500nm、1800nm或2000nm，优选为2-1000nm，进一步优选为5-800nm。
优选地，所述纳米纤维层的纳米纤维孔隙率大于95％，例如可以是95％、96％、97％、98％或99％。
优选地，所述保护层为耐180℃以上的编织布或无纺布材料，例如可以是180℃、181℃、182℃、185℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、280℃、300℃、400℃、500℃、600℃或700℃，优选为耐180-240℃的编织布或无纺布材料。
优选地，所述保护层选自芳纶编织布、芳纶无纺布、芳砜纶无纺布、聚酰亚胺无纺布、聚苯硫醚无纺布或聚苯并咪唑无纺布中的任意一种或至少两种的混合。
优选地，所述保护层的编织布或无纺布材料的纤维直径为1-800μm，例如可以是1μm、2μm、3μm、5μm、6μm、8μm、10μm、15μm、16μm、18μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μm、350μm、400μm、450μm或500μm，优选为3-500μm，进一步优选为5-400μm。
优选地，所述保护层的编织布或无纺布材料的孔径为10-500μm，例如可以是10μm、11μm、12μm、13μm、15μm、16μm、18μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、100μm、120μm、150μm、180μm、200μm、250μm、280μm、300μm、400μm或500μm，优选为20-300μm，进一步优选为30-400μm。
优选地，所述保护层的编织布或无纺布材料的克重为10-100g/m2，例如可以是10g/m2、11g/m2、12g/m2、13g/m2、15g/m2、16g/m2、18g/m2、20g/m2、21g/m2、22g/m2、23g/m2、25g/m2、28g/m2、30g/m2、40g/m2、50g/m2、60g/m2、70g/m2、80g/m2、90g/m2或100g/m2，优选为20-80g/m2。
本发明中，所述保护层用于保护纳米纤维不受粉尘磨损破坏，预防纳米纤维脱落，所选的编织布或无纺布材料孔径分布均匀，耐磨性、耐化学性等综合性能高，抗燃抗热阻性能好。
第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的复合型纳米滤料的制备方法，包括如下步骤：
(A)在基底支撑层上喷涂耐高温粘合剂；
(B)通过静电纺丝的方法将聚合物纳米纤维纺在含有高温粘合剂的基底支撑层上，得到纳米纤维层；
(C)在纳米纤维层上覆盖薄层保护层；
(D)将步骤(C)得到的复合材料热压固化，得到三明治结构的复合型空气过滤纳米滤料。
本发明中，通过热压方式使液态粘合剂透过纳米纤维层，与保护层接触并固化，从而使保护层、纳米纤维层和基底支撑层材料紧密粘结。
任选地，所述的基底支撑层在进行步骤(A)之前还进行亲水处理，所述基底材料被进一步亲水化处理来增加材料的表面能，进而增加基底材料和纳米纤维的结合力。
优选地，所述亲水处理的方法包括干法处理和湿法处理。
优选地，所述干法处理包括低温等离子体、蒸渡和电离活化；所述湿法处理包括化学试剂处理和电极沉淀。
优选地，所述的基底支撑层通过低温等离子体技术进行亲水处理。
本发明中，基底支撑层与纳米纤维层间的结合力与材料表面能相关，若选用的基底材料表面能低，则基底支撑层与纳米纤维层间结合力相对较差，对聚苯硫醚等表面能较低的耐高温材料，最佳选择是对其表面进行活化处理，从而增加基底支撑层与纳米纤维层的结合力；而选用低温等离子体技术更加环保，处理时间短，且能够保证材料的物理性能、机械性能不发生改变。
本发明中，所述亲水处理的工艺为：使用EuroplasmaCD400低温等离子体设备，在氧气气氛中，温度30-40℃，功率200W，氧气流速40mL/min和气压13-15Pa的条件下，亲水处理15-40min。
优选地，步骤(A)所述的喷涂耐高温粘合剂具体为通过静电喷雾的方式将耐高温粘合剂均匀喷涂在基底支撑层上。
优选地，所述静电喷雾的具体步骤为：距离基底支撑层10-30cm的范围内，在正电压10-50kv，负电压0-10kv的条件下，调节转辊转速为10-500r/min，单针头供液速度为6.35-63.5μL/min，针头平移速度0.5-5m/min，进行静电喷雾，所述静电喷雾的时间为20-120min。
本发明中，为解决传统施胶工艺施胶量大，施胶不均匀等问题，采用上述的静电喷雾的工艺，不仅可以有效粘合基底支撑层和纳米纤维层，而且喷出的粘合剂粒珠小，很好的分散在基底纤维表面上，对基底层材料的孔径、孔隙率、透气性影响较小，通过控制喷胶时间能够准确的控制施胶量度，能够很好的保证施胶的均匀性，使得整个复合型纳米滤料仍保持原有的过滤效率。
优选地，步骤(B)所述的静电纺丝的溶剂为非质子性溶剂，优选为DMF、DMAc或NMP中的任意一种或至少两种的混合，DMF和DMAc挥发速度受环境湿度影响较大，环境湿度超过35％后，极易与空气中的水结合，导致纺丝针头阻塞，而P84/NMP纺丝溶液可在10-70％的湿度条件下正常纺丝，进一步优选为NMP。
优选地，所述静电纺丝的溶剂的质量浓度为5-30％，例如可以是5％、6％、7％、8％、9％、10％、12％、13％、15％、16％、18％、20％、21％、23％、25％、26％、28％或30％，优选为8-25％。
优选地，步骤(B)所述的静电纺丝的具体步骤为：距离喷涂耐高温粘合剂的基底支撑层7-30cm的范围内，在正电压10-50kv，负电压0-10kv的条件下，调节转辊转速为10-500r/min，单针头供液速度为0.38-31.75μL/min，针头平移速度为0.5-5m/min，进行静电纺丝。
优选地，步骤(D)所述的热压固化的压力为100-500N，例如可以是100N、101N、102N、103N、105N、108N、110N、120N、130N、150N、180N、200N、210N、230N、250N、280N、300N、350N、380N、400N、450N或500N，进一步优选为150-400N。
优选地，步骤(D)所述的热压固化的固化温度为50-300℃，例如可以是50℃、51℃、52℃、55℃、58℃、60℃、62℃、65℃、68℃、70℃、72℃、75℃、78℃、80℃、82℃、85℃、90℃、100℃、110℃、130℃、150℃、180℃、200℃、250℃或300℃，优选为80-200℃，进一步优选为100-180℃。
优选地，步骤(D)所述的热压固化的固化时间为1-8h，例如可以是1h、2h、3h、4h、5h、6h、7h或8h，优选为1-6h，进一步优选为1-4h。
任选地，步骤(D)制备得到的复合型纳米滤料进行保护层疏水处理，优选为低温等离子体技术进行疏水处理。
本发明中，所述疏水处理的具体工艺为：采用EuroplasmaCD400型低温等离子设备，使用氩气活化处理6min，控制功率100W，在含氟化物气氛中，控制流量10mL/min，气压40mTorr，温度30-45℃，处理时间为15-40min。
本发明中，考虑到燃煤电厂等工业排放的含尘烟气中含有大量的水蒸气，由于水蒸气的影响，小颗粒粉尘容易黏附在纤维表面，堵塞了纤维孔隙，一定程度上会增加纤维过滤阻力，且增加滤饼去除难度。因此，对保护层进行疏水处理，水接触角大于120°，进一步降低材料表面能，使得粉尘不易粘结在纤维表面，从而更方便的清灰，延长了材料的使用寿命。
第三方面，本发明提供一种如第一方面所述的复合型纳米滤料在过滤高温含尘烟气过滤中的应用。
优选地，所述滤料用于制备滤袋，所述滤袋可用于袋式除尘过滤器中。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明通过耐高温粘合剂将保护层、纳米纤维层和基底支撑层粘合，且通过热压固化技术，使得基底支撑层、纳米纤维层和保护层紧密粘结形成三明治结构，从而得到机械性能稳定，物理化学性能优良的耐高温纳米滤料，同时解决了纳米纤维机械性能较差、易脱落、易破碎等问题；
(2)本发明纳米滤料过滤效率高，对PM2.5等微小颗粒的过滤效率大于99.5％，过滤残余阻力可控制在200Pa以内；
(3)本发明纳米滤料能够在180-240℃条件下长期使用，瞬时耐温可达260℃，具有较强的抗酸碱性和抗热氧化性，使用寿命长。
附图说明
图1是本发明复合型纳米滤料的三层结构示意图；其中，1-基底支撑层；2-纳米纤维层；3-保护层。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案，但本发明并非局限在实施例范围内。
具体实施例中，所述的过滤材料的过滤品质因数能够综合评价过滤材料的过滤性能，其定义为：式中p代表颗粒穿透率，ΔP代表压力降。以下实施例的过滤品质因数都用上式计算得到。
实施例1
一种复合型纳米滤料的制备方法，包括如下步骤：
(A)通过静电喷雾的方式，将环氧树脂型耐高温粘合剂均匀涂布在克重为280g/m2的芳纶无纺布上，接受距离11cm，正电压12kv，负电压2kv，转辊转速为40r/min，供液速度为6.35μL/min，针头平移速度0.5/min，施胶60min；
(B)施胶结束后，立即通过静电纺丝法将聚酰亚胺纳米纤维层纺制到施胶的芳纶无纺布上，溶液质量浓度10％、接收距离12cm、正电压12kv、负电压2kv、接受转辊转速15r/min、供液速度0.635μL/min、针头平移速度0.5m/min，纺丝90min，纳米纤维层克重为6.5g/㎡；
(C)纺丝结束后，在纳米纤维层上方覆盖克重为80g/m2的聚苯硫醚水刺无纺布保护层；
(D)将步骤(C)得到的复合材料置于平板快速干燥器中，先在80℃条件下固化1h，然后在130℃条件下固化1h，得到三明治结构的复合型纳米滤料。
室温25℃条件下，控制含尘气体流速20L/s，测试材料对0.3μm颗粒过滤效率为99.44％，洁净滤料阻力77.8Pa，QF为0.067。
实施例2
一种复合型纳米滤料的制备方法，包括如下步骤：
(A)通过静电喷雾的方式，将环氧树脂型耐高温粘合剂均匀涂布在克重为300g/m2的聚酰亚胺水刺无纺布上，接受距离12cm，正电压15kv，负电压2kv，转辊转速为40r/min，供液速度为10μL/min，针头平移速度0.5m/min，施胶30min；
(B)施胶结束后，立即通过静电纺丝法将聚酰亚胺纳米纤维层纺制到施胶的聚酰亚胺水刺无纺布上，溶液质量浓度13％、接收距离12cm、正电压14kv、负电压2kv、接受转辊转速35r/min、供液速度0.635μL/min、针头平移速度0.5m/min，纺丝75min，纳米纤维层克重为6.8g/m2；
(C)纺丝结束后，在纳米纤维层上方覆盖克重为60g/m2的聚四氟乙烯无纺布保护层；
(D)将步骤(C)得到的复合材料置于平板快速干燥器中，先在80℃条件下固化1h，然后在130℃条件下固化1h，得到三明治结构的复合型纳米滤料。
室温25℃条件下，控制含尘气体流速20L/s，测试材料对0.3μm颗粒过滤效率为99.64％，洁净滤料阻力86.5Pa，QF为0.065。
实施例3
一种复合型纳米滤料的制备方法，包括如下步骤：
(A)通过EuroplasmaCD400型低温等离体设备，在氧气气氛，200W，40mL/min氧气流速，14Pa压强，30℃的条件下对克重为260g/m2的聚苯硫醚针刺无纺布进行亲水处理15min；
(B)通过静电喷雾的方式，将机硅型耐高温粘合剂均匀涂布在步骤(A)处理过的聚苯硫醚无纺布和未经亲水处理的无纺布上，接受距离11cm，正电压12kv，负电压2kv，转辊转速为30r/min，供液速度为6.35μL/min，针头平移速度0.5m/min，施胶30min；
(C)施胶结束后，立即通过静电纺丝法将聚酰亚胺纳米纤维层纺制到施胶的聚苯硫醚无纺布上，溶液质量浓度10％、接收距离12cm、正电压10kv、负电压2kv、接受转辊转速15r/min、供液速度0.635μL/min、针头平移速度0.5m/min，纺丝65min，纳米纤维层克重分别为处理过的聚苯硫醚无纺布5.5g/m2和未经亲水处理的无纺布4.8g/m2；
(D)纺丝结束后，在纳米纤维层上方覆盖克重为60g/m2的聚四氟乙烯无纺布保护层；
(E)将步骤(D)得到的复合材料置于平板快速干燥器中，120℃条件下固化3h，得到三明治结构的复合型纳米滤料。
结果如下表1所示：
表1
从表1可以看出，经过亲水处理的纳米滤料的各方面性能都优于未经过亲水处理的纳米滤料。
实施例4
一种复合型纳米滤料的制备方法，包括如下步骤：
(A)通过EuroplasmaCD400型低温等离体设备，在氧气气氛，200W，40mL/min氧气流速，14Pa压强，30℃的条件下对克重为260g/m2的聚苯硫醚针刺无纺布进行亲水处理15min；
(B)通过静电喷雾的方式，将机硅型耐高温粘合剂均匀涂布在步骤(A)处理过的聚苯硫醚无纺布和未经亲水处理的无纺布上，接受距离11cm，正电压14kv，负电压1.5kv，转辊转速为30r/min，供液速度为6.35μL/min，针头平移速度0.5m/min，施胶35min；
(C)施胶结束后，立即通过静电纺丝法将聚酰亚胺纳米纤维层纺制到施胶的聚苯硫醚无纺布上，溶液质量浓度12％、接收距离15cm、正电压13kv、负电压2kv、接受转辊转速35r/min、供液速度0.635μL/min、针头平移速度0.5m/min，纺丝75min，纳米纤维层克重分别为处理过的聚苯硫醚无纺布6.3g/m2和未经亲水处理的无纺布5.7g/m2；
(D)纺丝结束后，在纳米纤维层上方覆盖克重为50g/m2的芳砜纶无纺布保护层；
(E)将步骤(D)得到的复合材料置于平板快速干燥器中，在80℃条件下固化1h，然后在130℃条件下固化1h，得到三明治结构的复合型纳米滤料；
(F)最后通过EuroplasmaCD400型低温等离体设备对处理过的聚苯硫醚无纺布复合材料进行疏水处理。温度35℃，先使用氩气活化处理6min，控制功率100W,然后在含氟化物气氛中处理15min，控制气体流速10mL/min，气压40mTorr。即可得到最终的耐高温复合型空气过滤纳米滤料。
结果如下表2所示：
表2
从表2可以看出，经过亲水处理和疏水处理的纳米滤料的各方面性能都优于其他纳米滤料，尤其过滤压强明显降低。
实施例5
一种复合型纳米滤料的制备方法，包括如下步骤：
(A)通过静电喷雾的方式，将环氧树脂型耐高温粘合剂均匀涂布在克重为300g/m2的芳纶无纺布上，接受距离11cm，正电压12kv，负电压2kv，转辊转速为30r/min，供液速度为6.35μL/min，针头平移速度0.5m/min，施胶60min；
(B)施胶结束后，立即通过静电纺丝法将聚酰亚胺纳米纤维层纺制到施胶的聚酰亚胺水刺无纺布上，溶液质量浓度10％、接收距离12cm、正电压10kv、负电压2kv、接受转辊转速15r/min、供液速度0.635μL/min、针头平移速度0.5m/min，控制纺丝时间分别为120min和65min，得到的两个纳米纤维层克重分别为8.3g/m2和4.6g/m2；
(C)纺丝结束后，在纳米纤维层上方覆盖克重为80g/m2的聚苯硫醚水刺无纺布保护层；
(D)将步骤(C)得到的复合材料置于平板快速干燥器中，先在80℃条件下固化1h，然后在130℃条件下固化1h，得到三明治结构的复合型纳米滤料。
不同纺丝时间下制作的两种的纳米滤料，室温25℃条件下，含尘气体流速20L/s，过滤测试粒径为0.3μm条件下颗粒过滤的结果如下表3：
表3
从表3可以看出，不同纺丝时间制备的纳米纤维的克重不同，从而对过滤具有明显影响，克重大的纳米纤维的过滤效果好。
综上所述，本发明通过亲水处理和疏水处理明显提高了纳米滤料的过滤效果，且本发明纳米滤料过滤效率高，对PM2.5等微小颗粒的过滤效率大于99.5％，过滤残余阻力可控制在200Pa以内。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种复合型纳米滤料，其特征在于，所述纳米滤料包括基底支撑层(1)、纳米纤维层(2)和保护层(3)；
其中，所述基底支撑层(1)、纳米纤维层(2)和保护层(3)通过耐高温粘合剂粘合。
2.根据权利要求1所述的纳米滤料，其特征在于，所述耐高温粘合剂为耐180℃以上温度的粘合剂；
优选地，所述耐高温粘合剂选自环氧树脂型粘合剂、硅胶粘合剂、聚酰亚胺粘合剂或马来酰亚胺粘合剂中的任意一种或至少两种的组合，优选为环氧树脂型粘合剂。
3.根据权利要求1或2所述的纳米滤料，其特征在于，所述基底支撑层(1)为耐180℃以上的无纺布材料，优选为耐180-240℃的无纺布材料；
优选地，所述基底支撑层(1)选自聚酰亚胺、聚苯硫醚、芳纶、芳砜纶、玻纤、聚四氟乙烯或聚醚醚酮中的任意一种或至少两种的混合，优选为芳纶、聚酰亚胺或聚苯硫醚无纺布中的任意一种或至少两种的混合；
优选地，所述基底支撑层(1)的无纺布材料的纤维直径为1-200μm，优选为3-100μm，进一步优选为15-80μm；
优选地，所述基底支撑层(1)的无纺布材料的纤维孔径为10-100μm，优选为20-80μm，进一步优选为30-60μ.；
优选地，所述基底支撑层(1)的无纺布材料的孔隙率大于75％；
优选地，所述基底支撑层(1)的无纺布材料的克重为100-800g/m2，优选为200-500g/m2。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的纳米滤料，其特征在于，所述纳米纤维层(2)为耐180℃以上的聚合物纳米纤维，优选为耐180-240℃的聚合物纳米纤维；
优选地，所述纳米纤维层(2)选自聚酰亚胺、芳纶、芳砜纶、聚醚醚酮、聚四氟乙烯、聚苯并咪唑或聚苯硫醚中任意一种或至少两种的混合，优选为聚酰亚胺；
优选地，所述纳米纤维层(2)的纳米纤维直径为1-2000nm，优选为2-1000nm，进一步优选为5-800nm；
优选地，所述纳米纤维层(2)的纳米纤维孔隙率大于95％。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的纳米滤料，其特征在于，所述保护层(3)为耐180℃以上的编织布或无纺布材料，优选为耐180-240℃的编织布或无纺布材料；
优选地，所述保护层(3)选自芳纶编织布、芳纶无纺布、芳砜纶无纺布、聚酰亚胺无纺布、聚苯硫醚无纺布或聚苯并咪唑无纺布中的任意一种或至少两种的混合；
优选地，所述保护层(3)的编织布或无纺布材料的纤维直径为1-800μm，优选为3-500μm，进一步优选为5-400μm；优选地，所述保护层(3)的编织布或无纺布材料的孔径为10-500μm，优选为20-300μm，进一步优选为30-400μm；
优选地，所述保护层(3)的编织布或无纺布材料的克重为10-100g/m2，优选为20-80g/m2。
6.一种如权利要求1-5中任一项所述的复合型纳米滤料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(A)在基底支撑层(1)上喷涂耐高温粘合剂；
(B)通过静电纺丝的方法将聚合物纳米纤维纺在含有高温粘合剂的基底支撑层(1)上，得到纳米纤维层(2)；
(C)在纳米纤维层(2)上覆盖薄层保护层(3)；
(D)将步骤(C)得到的复合材料热压固化，得到三明治结构的复合型空气过滤纳米滤料。
任选地，所述的基底支撑层(1)在进行步骤(A)之前还进行亲水处理；
优选地，所述亲水处理的方法包括干法处理和湿法处理；
优选地，所述干法处理包括低温等离子体、蒸渡和电离活化；所述湿法处理包括化学试剂处理和电极沉淀；
优选地，步骤(A)所述的基底支撑层(1)进行低温等离子体技术的亲水处理。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(A)所述的喷涂耐高温粘合剂具体为通过静电喷雾的方式将耐高温粘合剂均匀喷涂在基底支撑层(1)上；
优选地，所述静电喷雾的具体步骤为：距离基底支撑层(1)10-30cm的范围内，在正电压10-50kv，负电压0-10kv的条件下，调节转辊转速为10-500r/min，单针头供液速度为6.35-63.5μL/min，针头平移速度0.5-5m/min，进行静电喷雾，所述静电喷雾的时间为20-120min。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，步骤(B)所述的静电纺丝的溶剂为非质子性溶剂，优选为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)或N-甲基吡咯烷酮(NMP)中的任意一种或至少两种的混合，进一步优选为N-甲基吡咯烷酮(NMP)；
优选地，所述静电纺丝的溶剂的质量浓度为5-30％，优选为8-25％；
优选地，步骤(B)所述的静电纺丝的具体步骤为：距离喷涂耐高温粘合剂的基底支撑层(1)7-30cm的范围内，在正电压10-50kv，负电压0-10kv的条件下，调节转辊转速为10-500r/min，单针头供液速度为0.38-31.75μL/min，针头平移速度0.5-5m/min，进行静电纺丝。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(D)所述的热压固化的压力为100-500N，进一步优选为150-400N；
优选地，步骤(D)所述的热压固化的固化温度为50-300℃，优选为80-200℃，进一步优选为100-180℃；
优选地，步骤(D)所述的热压固化的固化时间为1-8h，优选为1-6h，进一步优选为1-4h；
任选地，步骤(D)制备得到的复合型纳米滤料进行保护层(3)疏水处理，优选为低温等离子体技术进行疏水处理。
10.一种如权利要求1-5中任一项所述的复合型纳米滤料在过滤高温含尘烟气过滤中的应用；
优选地，所述滤料用于制备滤袋。
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