一种抗菌空气过滤膜

摘要

本发明公开了一种抗菌空气过滤膜，涉及空气过滤材料技术领域，所述抗菌空气过滤膜由内至外包括第二吸附层、抗菌层及第一吸附层，所述第二吸附层为双组份中空纤维纺织而成的无纺滤膜，所述抗菌层复合在第二吸附层的外表面，所述抗菌层为负载型纳米Au‑Al2O3/TiO2膜，所述第一吸附层复合在抗菌层的外表面，所述第一吸附层为聚醚砜滤膜。本发明的目的是提供一种抗菌空气过滤膜，将纳米金、氧化铝、二氧化钛负载在一起，以解决现有的空气过滤膜抗菌作用弱、抗菌范围窄的问题，并且制备抗菌过滤膜在使用过程中不容易起层，各层之间结合紧密。

权利要求

1.一种抗菌空气过滤膜，其特征在于，所述抗菌空气过滤膜由内至外包括第二吸附层、抗菌层及第一吸附层，所述第二吸附层为双组份中空纤维纺织而成的无纺滤膜，所述抗菌层复合在第二吸附层的外表面，所述抗菌层为负载型纳米Au-Al2O3/TiO2膜，所述第一吸附层复合在抗菌层的外表面，所述第一吸附层为聚醚砜滤膜；

所述负载型纳米Au-Al2O3/TiO2膜采用如下的方法制备：

（1）向pH=1-5的酸溶液中加入壳聚糖，获得壳聚糖溶液；其中，所述壳聚糖和酸溶液的质量体积比为1～3 g：100 mL；

（2）称取100 gAu-Al2O3/TiO2粉末置于负载皿中，采用移液枪将步骤（1）中获得的壳聚糖溶液全部加入负载皿中，滴加后超声30 min，置于空气中老化24 h；之后将所获得粉末置于空气气氛下，以5℃/min的升温速率加热至350℃，即获得负载壳聚糖的Au-Al2O3/TiO2粉末，备用；

（3）称取步骤（2）制备的负载壳聚糖的Au-Al2O3/TiO2粉末10 g置于试管中，边搅拌边向试管中加入甲醇溶液，并超声波分散，得到悬浮液；

（4）采用流延法将上述的悬浮液流延至玻璃皿上，完毕后将玻璃皿置于80℃真空烘箱下恒温3 h，即得Au-Al2O3/TiO2膜；

所述Au-Al2O3/TiO2粉末的制备步骤如下：

称取钛酸丁酯缓慢滴加到无水乙醇溶液中，用磁力搅拌器搅拌10-12min后，得到黄色澄清溶液，并将冰醋酸与乙醇溶液的混合溶液加入到黄色澄清溶液中，调节pH=3，于40℃水浴加热搅拌30min后加入Au-Al2O3粉末，继续搅拌1-2h至凝胶状，静置老化12h后，于150℃下恒温干燥10h，500℃下煅烧2.5-3h得到Au-Al2O3/TiO2粉末；

所述Au-Al2O3粉末的制备步骤如下：

称取氯金酸溶解于去离子水中，制备得到氯金酸溶液，再加入氧化铝粉末进行超声波分散，分散形成悬浮液后加入65-70wt%的乙醇溶液，进行超声波搅拌并加热至80-90℃，反应0.5-2h后得到Au-Al2O3粉末。

2.根据权利要求1所述的抗菌空气过滤膜，其特征在于，所述无纺滤膜是以PTT纤维和PET纤维复合纺而成的双组份中空纤维结构。

3.根据权利要求1所述的抗菌空气过滤膜，其特征在于，所述负载型纳米Au-Al2O3/TiO2膜的制备原料包括：氧化铝、氯金酸、钛酸丁酯、壳聚糖、甲醇、酸溶液。

4.根据权利要求1-3任一项所述的抗菌空气过滤膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将无纺滤膜一端导入复合膜设备的第三加热辊上，并用压辊压紧，通入160-200℃循环热风；将负载型纳米Au-Al2O3/TiO2膜一端导入复合膜设备的第二辊上，并用压辊压紧；将聚醚砜滤膜一端导入复合膜设备的第一加热辊上，通入120-150℃循环热风，并用压辊压紧；

开启复合膜设备，设定线速度和张力值，将无纺滤膜、负载型纳米Au-Al2O3/TiO2膜、聚醚砜滤膜同时牵引至复合辊上进行复合，复合后用牵引辊向前牵引，得到过滤膜毛坯；将过滤膜毛坯毛边裁断，得到抗菌空气过滤膜。

5.根据权利要求4所述的抗菌空气过滤膜的制备方法，其特征在于，所述抗菌空气过滤膜制备中，设定的线速度为0. 1～0.2m/min、张力值为10～15N。

6.根据权利要求5所述的抗菌空气过滤膜的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述酸溶液为有机酸溶液和/或无机酸溶液，所述有机酸包括醋酸、甲酸、乳酸，所述无机酸包括盐酸、硝酸或磷酸。

说明书

一种抗菌空气过滤膜

技术领域

[0001] 本发明涉及空气过滤材料技术领域，具体涉及一种抗菌空气过滤膜。

背景技术

[0002] 近年来，随着环境污染的加重，空气中的粉尘等污染物含量也在不断增加，严重危害人们的身体健康，因而迫切需要一种使用方便，具有显著净化能力和杀菌性能的过滤膜产品。

[0003] 目前，已有报道通过在玻璃纤维空气过滤纸表面添加纳米银从而赋予玻璃纤维过滤纸以抗菌性能，但是纳米银呈颗粒状，往往只能聚集在滤纸的特定部位，无法均匀分布在滤纸表面，从而影响滤纸的抗菌效果，并且纳米银与玻璃纤维无法紧密结合，在使用过程中容易脱落，从而影响滤纸的使用寿命。另一方面，现在已有文献报道，纳米银和银离子具有潜在的生物毒性作用，表现出呼吸毒性和神经毒性，对斑马鱼胚胎暴露于纳米银和银离子后表现出死亡率增高和孵化率降低，并且有延迟孵化的现象。而现在正在研究的具有抑菌、抗菌的纳米金、金离子虽然对人体不具有营养作用，但能顺利排出体外，不产生毒副作用，所以是良好的抗菌剂，但是其负载于过滤膜上难度较大。

[0004] 具有光催化功能的半导体材料纳米TiO2不仅具有活性高、抗菌速度快、热稳定性好、价格低以及对人体无毒等优点，且能分解内毒素，具有净化、自结、除臭和驱除NOx等功能，因而成为最受关注的一种无机抗菌剂，但是单一使用纳米TiO2作为无机抗菌剂依旧存在一些问题，不具备对细菌的选择杀灭性以及抗菌作用仍较弱等，使其在应用领域受到一定的限制。而铝离子对细菌、霉菌具有良好的静菌作用，将铝离子与二氧化钛复合后具有较广的杀菌范围。

[0005] 因此，开发出一种抗菌作用强的抗菌空气过滤膜具有十分重要的意义。

发明内容

[0006] 针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种抗菌空气过滤膜，将纳米金、氧化铝、二氧化钛负载在一起，以解决现有的空气过滤膜抗菌作用弱、抗菌范围窄的问题，并且制备抗菌过滤膜在使用过程中不容易起层，各层之间结合紧密。

[0007] 为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

[0008] 一种抗菌空气过滤膜，所述抗菌空气过滤膜由内至外包括第二吸附层、抗菌层及第一吸附层，所述第二吸附层为双组份中空纤维纺织而成的无纺滤膜，所述抗菌层复合在第二吸附层的外表面，所述抗菌层为负载型纳米Au-Al2O3/TiO2膜，所述第一吸附层复合在抗菌层的外表面，所述第一吸附层为聚醚砜滤膜。

[0009] 进一步，所述无纺滤膜是以PTT纤维和PET纤维复合纺而成的双组份中空纤维结构。

[0010] 进一步，所述负载型纳米Au-Al2O3/TiO2膜的制备原料包括：氧化铝、氯金酸、钛酸丁酯、壳聚糖、甲醇、酸溶液。

[0011] 进一步,所述一种抗菌空气过滤膜的制备方法如下：

[0012] 将无纺滤膜一端导入复合膜设备的第三加热辊上，并用压辊压紧，通入 160-200℃循环热风；将负载型纳米Au-Al2O3/TiO2膜一端导入复合膜设备的第二辊上，并用压辊压紧；将聚醚砜滤膜一端导入复合膜设备的第一加热辊上，通入 120-150℃循环热风，并用压辊压紧；开启复合膜设备，设定线速度和张力值，将无纺滤膜、负载型纳米Au-Al2O3/TiO2膜、聚醚砜滤膜同时牵引至复合辊上进行复合，复合后用牵引辊向前牵引，得到过滤膜毛坯；将过滤膜毛坯毛边裁断，得到抗菌空气过滤膜。

[0013] 进一步，所述抗菌空气过滤膜制备中，设定的线速度为0.1～0.2m/min、张力值为10～15N。

[0014] 进一步，所述负载型纳米Au-Al2O3/TiO2膜采用如下的方法制备：

[0015] (1)向pH＝1-5的酸溶液中加入壳聚糖，获得壳聚糖溶液；其中，所述壳聚糖和酸溶液的质量体积比为1～3g：100mL；

[0016] (2)称取100gAu-Al2O3/TiO2粉末置于负载皿中，采用移液枪将步骤(1) 中获得的壳聚糖溶液全部加入负载皿中，滴加后超声30min，置于空气中老化 24h；之后将所获得粉末置于空气气氛下，以5℃/min的升温速率加热至350℃，即获得负载壳聚糖的Au-Al2O3/TiO2粉末，备用；

[0017] (3)称取步骤(2)制备的负载壳聚糖的Au-Al2O3/TiO2粉末10g置于试管中，边搅拌边向试管中加入甲醇溶液，并超声波分散，得到悬浮液；

[0018] (4)采用流延法将上述的悬浮液流延至玻璃皿上，完毕后将玻璃皿置于80℃真空烘箱下恒温3h，即得Au-Al2O3/TiO2膜。

[0019] 进一步，步骤(1)中所述酸溶液为有机酸溶液和/或无机酸溶液，所述有机酸包括醋酸、甲酸、乳酸，所述无机酸包括盐酸、硝酸或磷酸。

[0020] 进一步，所述Au-Al2O3/TiO2粉末的制备步骤如下：

[0021] 称取钛酸丁酯缓慢滴加到无水乙醇溶液中，用磁力搅拌器搅拌10-12min后，得到黄色澄清溶液，并将冰醋酸与乙醇溶液的混合溶液加入到黄色澄清溶液中，调节pH＝3，于40℃水浴加热搅拌30min后加入Au-Al2O3粉末，继续搅拌1-2h至凝胶状，静置老化12h后，于
150℃下恒温干燥10h，500℃下煅烧2.5-3h得到 Au-Al2O3/TiO2粉末。

[0022] 进一步，所述Au-Al2O3粉末的制备步骤如下：

[0023] 称取氯金酸溶解于去离子水中，制备得到氯金酸溶液，再加入氧化铝粉末进行超声波分散，分散形成悬浮液后加入65-70wt％的乙醇溶液，进行超声波搅拌并加热至80-90℃，反应0.5-2h后得到Au-Al2O3粉末。

[0024] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

[0025] 1、本发明以壳聚糖负载在纳米Au-Al2O3/TiO2膜上制备抗菌层，主要是利用壳聚糖具有强的吸附性，能够吸附微生物细菌，同时由于壳聚糖分子结构中存在大量游离氨，能够与Au-Al2O3/TiO2粉末形成稳定的螯合物，而作为载体的 Au-Al2O3/TiO2粉末因在光照下可以产生电子-空穴对，吸附溶解在Au-Al2O3/TiO2表面的氧获得电子生成超氧化物，超氧化物能够与细菌内的有机物反应，进而起到杀菌、抗菌的目的，壳聚糖的吸附作用能够促进载体Au-Al2O3/TiO2粉末的杀菌、抗菌作用，使得制备的负载型纳米Au-Al2O3/TiO2膜作为抗菌层时抗菌效率更高，最终提高抗菌空气过滤膜的抗菌作用。

[0026] 2、本发明抗菌空气过滤膜设计成为三层复合结构，这样设计的目的在于使得过滤膜能够容纳、吸附更多待吸附的物质，从而提高过滤膜的工作效率。其中，空气中较大的颗粒先被第一吸附层过滤掉，未过滤掉的物质经过抗菌层，通过负载型纳米Au-Al2O3/TiO2膜将细菌杀死，第二吸附层对空气中的颗粒物质作进一步的吸附，从而达到既杀死细菌又能达到过滤掉空气中颗粒的效果。

[0027] 3、本发明的第一吸附层采用聚醚砜滤膜、抗菌层采用负载型纳米 Au-Al2O3/TiO2膜、第二吸附层采用双组份中空纤维纺织而成的无纺滤膜，在复合过程中，第一加热辊加热至120-150℃，第二辊不加热，第三辊加热至160-200℃，将第一吸附层和第二吸附层的膜加热至微熔状态，采用热熔法将三层紧密复合在一起，不容易起层，达到多层过滤的目的。

具体实施方式

[0028] 以下将结合具体实施例对本发明进行详细说明：

[0029] 实施例1：负载型纳米Au-Al2O3/TiO2膜制备一

[0030] 本实施例制备的负载型纳米Au-Al2O3/TiO2膜，首先应先制备Au-Al2O3/TiO2粉末，制备步骤如下：

[0031] 称取20g氯金酸溶解于2L去离子水中，制备得到氯金酸溶液，再加入30g 氧化铝粉末进行超声波分散10min，分散形成悬浮液后加入65wt％的乙醇溶液，进行超声波搅拌并加热至80℃，反应2h后得到Au-Al2O3粉末；

[0032] 称取100ml钛酸丁酯缓慢滴加到200ml无水乙醇溶液中，用磁力搅拌器搅拌12min后，得到黄色澄清溶液，并将150ml冰醋酸与10ml乙醇溶液的混合溶液加入到黄色澄清溶液中，用盐酸调节pH＝3，于40℃水浴加热搅拌30min后加入 Au-Al2O3粉末，继续搅拌1h至凝胶状，静置老化12h后，于150℃下恒温干燥10h，500℃下煅烧2.5h得到Au-Al2O3/TiO2粉末。

[0033] 按照上述方法制备完成Au-Al2O3/TiO2粉末后，进行负载型纳米Au-Al2O3/TiO2膜制备，步骤如下：

[0034] (1)向pH＝1的3000ml无机酸盐酸溶液中加入30g壳聚糖，获得壳聚糖溶液；其中，壳聚糖和盐酸溶液的质量体积比为1～3g：100mL；

[0035] (2)称取100g Au-Al2O3/TiO2粉末置于负载皿中，采用移液枪将步骤(1) 中获得的壳聚糖溶液全部加入负载皿中，滴加后超声30min，置于空气中老化 24h；之后将所获得粉末置于空气气氛下，以5℃/min的升温速率加热至350℃，即获得负载壳聚糖的Au-Al2O3/TiO2粉末，备用；

[0036] (3)称取步骤(2)制备的负载壳聚糖的Au-Al2O3/TiO2粉末10g置于试管中，边搅拌边向试管中加入甲醇溶液，并超声波分散，得到65wt％悬浮液；

[0037] (4)采用流延法将上述的悬浮液流延至玻璃皿上，完毕后将玻璃皿置于80℃真空烘箱下恒温3h，即得Au-Al2O3/TiO2膜。

[0038] 其中，步骤(1)中采用的盐酸溶液还可选取醋酸、甲酸、乳酸、硝酸或磷酸中的一种或多种。

[0039] 实施例2：负载型纳米Au-Al2O3/TiO2膜制备二

[0040] 本实施例制备的负载型纳米Au-Al2O3/TiO2膜，首先应先制备Au-Al2O3/TiO2粉末，制备步骤如下：

[0041] 称取10g氯金酸溶解于1L去离子水中，制备得到氯金酸溶液，再加入15g 氧化铝粉末进行超声波分散6min，分散形成悬浮液后加入70wt％的乙醇溶液，进行超声波搅拌并加热至90℃，反应0.5后得到Au-Al2O3粉末；

[0042] 称取50ml钛酸丁酯缓慢滴加到150ml无水乙醇溶液中，用磁力搅拌器搅拌 10min后，得到黄色澄清溶液，并将75ml冰醋酸与5ml乙醇溶液的混合溶液加入到黄色澄清溶液中，用盐酸调节pH＝3，于40℃水浴加热搅拌30min后加入 Au-Al2O3粉末，继续搅拌2h至凝胶状，静置老化12h后，于150℃下恒温干燥10h， 500℃下煅烧3h得到Au-Al2O3/TiO2粉末。

[0043] 按照上述方法制备完成Au-Al2O3/TiO2粉末后，进行负载型纳米Au-Al2O3/TiO2膜制备，步骤如下：

[0044] (1)向pH＝3的1000ml有机酸甲酸溶液中加入30g壳聚糖，获得壳聚糖溶液；其中，壳聚糖和甲酸溶液的质量体积比为1～3g：100mL；

[0045] (2)称取100g Au-Al2O3/TiO2粉末置于负载皿中，采用移液枪将步骤(1) 中获得的壳聚糖溶液全部加入负载皿中，滴加后超声30min，置于空气中老化 24h；之后将所获得粉末置于空气气氛下，以5℃/min的升温速率加热至350℃，即获得负载壳聚糖的Au-Al2O3/TiO2粉末，备用；

[0046] (3)称取步骤(2)制备的负载壳聚糖的Au-Al2O3/TiO2粉末10g置于试管中，边搅拌边向试管中加入甲醇溶液，并超声波分散，得到70wt％悬浮液；

[0047] (4)采用流延法将上述的悬浮液流延至玻璃皿上，完毕后将玻璃皿置于80℃真空烘箱下恒温3h，即得Au-Al2O3/TiO2膜。

[0048] 其中，步骤(1)中采用的甲酸溶液还可选取醋酸、盐酸、乳酸、硝酸或磷酸中的一种或多种。

[0049] 实施例4：抗菌空气过滤膜一

[0050] 制备抗菌空气过滤膜的方法如下：

[0051] 将PTT纤维和PET纤维经过复合纺织形成的无纺滤膜一端导入复合膜设备的第三加热辊上，并用压辊压紧，通入160℃循环热风；将实施例一制备的负载型纳米Au-Al2O3/TiO2膜一端导入复合膜设备的第二辊上，并用压辊压紧；将聚醚砜滤膜一端导入复合膜设备的第一加热辊上，通入150℃循环热风，并用压辊压紧；开启复合膜设备，设定0.1m/min的线速度和10N的张力值，将无纺滤膜、负载型纳米Au-Al2O3/TiO2膜、聚醚砜滤膜同时牵引至复合辊上进行复合，复合后用牵引辊向前牵引，牵引比例为1.1倍，得到过滤膜毛坯；将过滤膜毛坯毛边裁断，得到抗菌空气过滤膜。

[0052] 其中，经PTT纤维和PET纤维经过复合纺织形成的双组份中空纤维无纺滤膜和聚醚砜滤膜可以从化纤市场直接购买。

[0053] 实施例5：抗菌空气过滤膜二

[0054] 制备抗菌空气过滤膜的方法如下：

[0055] 将PTT纤维和PET纤维经过复合纺织形成的无纺滤膜一端导入复合膜设备的第三加热辊上，并用压辊压紧，通入200℃循环热风；将实施例二制备的负载型纳米Au-Al2O3/TiO2膜一端导入复合膜设备的第二辊上，并用压辊压紧；将聚醚砜滤膜一端导入复合膜设备的第一加热辊上，通入120℃循环热风，并用压辊压紧；开启复合膜设备，设定0.2m/min的线速度和15N的张力值，将无纺滤膜、负载型纳米Au-Al2O3/TiO2膜、聚醚砜滤膜同时牵引至复合辊上进行复合，复合后用牵引辊向前牵引，牵引比例为1.3倍，得到过滤膜毛坯；将过滤膜毛坯毛边裁断，得到抗菌空气过滤膜。

[0056] 其中，经PTT纤维和PET纤维经过复合纺织形成的双组份中空纤维无纺滤膜和聚醚砜滤膜可以从化纤市场直接购买。

[0057] 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。