本发明涉及空气过滤技术领域，具体涉及一种含碳纳米材料的空气过滤纸及其制备方法。
背景技术
空气过滤纸广泛应用于国防工业、电子工业、医疗卫生、制药行业、食品加工等行业，是常用的空气过滤材料。空气过滤纸是超细纤维经过湿法造纸成型制备的，主要用途就是对空气进行过滤，除去空气中的微粒。过滤材料的纤维直径越小，除去空气中微粒的粒径也就越小，过滤效率也就越高，与传统的纤维相比，纳米纤维材料展现出更好的过滤性能，碳纳米材料具有很小的纳米级直径，巨大的比表面积，优异的吸附性能，超强的力学性能，这些突出的特性使其在空气过滤纸领域具有良好的应用前景。
但是，碳纳米材料在空气过滤的实际应用上，还存在一定的缺陷，由于碳纳米材料直径尺寸是纳米级别，而普通的空气过滤纸直径是微米级别，两者尺寸相差较大，难以直接将碳纳米材料应用到空气过滤中。
技术实现要素：
本发明的目的是为了克服现有技术中的问题，提供一种含碳纳米材料的空气过滤纸及其制备方法。
本发明提供了一种含碳纳米材料的空气过滤纸，由以下重量份的原料组分制成：玻璃纤维35-55份、碳纳米材料20-46份、硅胶15-28份、氯化铝10-20份、山梨酸5-8份、粘结剂10-15份和分散剂15-24份。
较佳地，碳纳米材料为直径为10～100nm的碳纳米纤维和/或碳纳米管。
较佳地，玻璃纤维直径为0.05～1μm。
较佳地，粘结剂为羧甲基纤维素钠或丙烯酸树脂。
较佳地，分散剂为三聚磷酸钠或十二烷基苯磺酸钠。
本发明还提供了上述含碳纳米材料的空气过滤纸的制备方法，包括以下步骤：
s1、按重量份配比称取各原料；
s2、将玻璃纤维加入打浆机中，加入2-3倍的去离子水，打浆分散20-40min，制成玻璃纤维分散液；
s3、配置氯化铝溶液，将硅胶加入氯化铝溶液中，置于40-65℃的保温箱中保温20-30min，得到改性硅胶，取出改性硅胶，备用；
s4、将碳纳米材料加入浓度为0.1-2mol/l的分散剂溶液中，进行超声分散30-40min，然后加入改性硅胶、山梨酸和粘结剂，搅拌10-20min，得到混合物a；
s5、将玻璃纤维分散液和混合物a混合，加水稀释得到混合液b，混合液b除渣后送至成型器湿法成型得湿纸；
s6、将湿纸进行真空抽吸除水并压榨后制得纸坯，纸坯经80-100℃干燥40-60min，得到含碳纳米材料的空气过滤纸。
进一步地，氯化铝溶液的浓度为0.1-2mol/l。
进一步地，步骤s5中混合液b浓度为0.3-0.5mol/l。
进一步地，s6中得到的含碳纳米材料的空气过滤纸厚度为0.35-0.40mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1)本发明的空气过滤纸原料组分中的硅胶通过氯化铝改性后，形成更大的孔径，作为碳纳米材料的载体，在粘结剂的作用下与玻璃纤维强力结合，增强空气过滤纸的强度和挺度，能够有效抵御风力，气流等外界压力，延长空气过滤纸的使用寿命；
2)通过将碳纳米材料负载在改性硅胶上，解决了碳纳米材料与玻璃纤维直接粘结，结合力差，易掉粉的问题，巧妙的将纳米材料应用到空气过滤领域；
3)由于硅胶具有较强的吸水性，能够对潮湿环境中的水汽进行有效吸附，且能够在水汽蒸发干燥后重复利用，因此制备得到的空气过滤纸可用于潮湿环境中，解决了传统的空气过滤纸在潮湿环境中使用寿命短的缺陷；
4)本发明制备得到的空气过滤纸，对0.05-0.3μm颗粒的去除率高达99.99％，并且通过山梨酸提高空气过滤纸的抗菌性，使空气过滤纸的抗菌性均达到99.9％；
5)本发明空气过滤纸的制备方法工艺简单，工艺参数易控制，制造成本低廉，适合工业化生产。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例的含碳纳米材料的空气过滤纸，由以下重量份的原料组分制成：玻璃纤维48份、碳纳米管37份、硅胶18份、氯化铝12份、山梨酸7份、羧甲基纤维素钠13份和十二烷基苯磺酸钠20份。
上述含碳纳米材料的空气过滤纸的制备方法，包括以下步骤：
s1、按重量份配比称取各原料；
s2、将玻璃纤维加入打浆机中，加入2倍的去离子水，打浆分散30min，制成玻璃纤维分散液；
s3、配置氯化铝水溶液，氯化铝水溶液的浓度为0.5mol/l，将硅胶加入氯化铝水溶液中，置于50℃的保温箱中保温30min，得到改性硅胶，取出改性硅胶，备用；
s4、将碳纳米材料加入浓度为1.5mol/l的十二烷基苯磺酸钠溶液中，进行超声分散35min，然后加入改性硅胶、山梨酸和羧甲基纤维素钠，搅拌20min，得到混合物a；
s5、将玻璃纤维分散液和混合物a混合，加水稀释得到混合液b，混合液b浓度为0.4mol/l，混合液b除渣后送至成型器湿法成型得湿纸；
s6、将湿纸进行真空抽吸除水并压榨后制得纸坯，纸坯经100℃干燥55min，得到含碳纳米材料的空气过滤纸，空气过滤纸厚度为0.35mm。
实施例2
本实施例的含碳纳米材料的空气过滤纸，由以下重量份的原料组分制成：玻璃纤维42份、碳纳米管27份、硅胶21份、氯化铝18份、山梨酸8份、羧甲基纤维素钠14份和十二烷基苯磺酸钠22份。
上述含碳纳米材料的空气过滤纸的制备方法，包括以下步骤：
s1、按重量份配比称取各原料；
s2、将玻璃纤维加入打浆机中，加入3倍的去离子水，打浆分散20min，制成玻璃纤维分散液；
s3、配置氯化铝溶液，氯化铝水溶液的浓度为1.5mol/l将硅胶加入氯化铝溶液中，置于65℃的保温箱中保温20min，得到改性硅胶，取出改性硅胶，备用；
s4、将碳纳米材料加入浓度为2mol/l的十二烷基苯磺酸钠溶液中，进行超声分散30min，然后加入改性硅胶、山梨酸和羧甲基纤维素钠，搅拌20min，得到混合物a；
s5、将玻璃纤维分散液和混合物a混合，加水稀释得到混合液b，混合液b浓度为0.4mol/l，混合液b除渣后送至成型器湿法成型得湿纸；
s6、将湿纸进行真空抽吸除水并压榨后制得纸坯，纸坯经100℃干燥50min，得到含碳纳米材料的空气过滤纸，空气过滤纸厚度为0.35mm。
实施例3
本实施例的含碳纳米材料的空气过滤纸，由以下重量份的原料组分制成：玻璃纤维40份、碳纳米纤维32份、硅胶25份、氯化铝18份、山梨酸7份、丙烯酸树脂14份和十二烷基苯磺酸钠20份。
上述含碳纳米材料的空气过滤纸的制备方法，包括以下步骤：
s1、按重量份配比称取各原料；
s2、将玻璃纤维加入打浆机中，加入2.5倍的去离子水，打浆分散40min，制成玻璃纤维分散液；
s3、配置氯化铝溶液，氯化铝溶液的浓度为0.1mol/l，将硅胶加入氯化铝溶液中，置于55℃的保温箱中保温30min，得到改性硅胶，取出改性硅胶，备用；
s4、将碳纳米材料加入浓度为1.5mol/l的十二烷基苯磺酸钠溶液中，进行超声分散30min，然后加入改性硅胶、山梨酸和丙烯酸树脂，搅拌15min，得到混合物a；
s5、将玻璃纤维分散液和混合物a混合，加水稀释得到混合液b，混合液b浓度为0.5mol/l，混合液b除渣后送至成型器湿法成型得湿纸；
s6、将湿纸进行真空抽吸除水并压榨后制得纸坯，纸坯经90℃干燥50min，得到含碳纳米材料的空气过滤纸，空气过滤纸厚度为0.35mm。
对比例1
对比例1和实施例1的区别在于原料组分中不包含硅胶和氯化铝，具体如下：
对比例1的含碳纳米材料的空气过滤纸，由以下重量份的原料组分制成：玻璃纤维48份、碳纳米管37份、山梨酸7份、羧甲基纤维素钠13份和十二烷基苯磺酸钠20份。
上述含碳纳米材料的空气过滤纸的制备方法，包括以下步骤：
s1、按重量份配比称取各原料；
s2、将玻璃纤维加入打浆机中，加入2倍的去离子水，打浆分散30min，制成玻璃纤维分散液；
s3、将碳纳米材料加入浓度为1.5mol/l的十二烷基苯磺酸钠溶液中，进行超声分散35min，然后加入山梨酸和羧甲基纤维素钠，搅拌20min，得到混合物a；
s4、将玻璃纤维分散液和混合物a混合，加水稀释得到混合液b，混合液b浓度为0.4mol/l，混合液b除渣后送至成型器湿法成型得湿纸；
s5、将湿纸进行真空抽吸除水并压榨后制得纸坯，纸坯经100℃干燥55min，得到含碳纳米材料的空气过滤纸，空气过滤纸厚度为0.35mm。
对比例2
对比例2和实施例1的区别在于原料组分中不包含山梨酸，具体如下：
对比例2的含碳纳米材料的空气过滤纸，由以下重量份的原料组分制成：玻璃纤维48份、碳纳米管37份、硅胶18份、氯化铝12份、羧甲基纤维素钠13份和十二烷基苯磺酸钠20份。
上述含碳纳米材料的空气过滤纸的制备方法，包括以下步骤：
s1、按重量份配比称取各原料；
s2、将玻璃纤维加入打浆机中，加入2倍的去离子水，打浆分散30min，制成玻璃纤维分散液；
s3、配置氯化铝水溶液，氯化铝水溶液的浓度为0.5mol/l，将硅胶加入氯化铝水溶液中，置于50℃的保温箱中保温30min，得到改性硅胶，取出改性硅胶，备用；
s4、将碳纳米材料加入浓度为1.5mol/l的十二烷基苯磺酸钠溶液中，进行超声分散35min，然后加入改性硅胶和羧甲基纤维素钠，搅拌20min，得到混合物a；
s5、将玻璃纤维分散液和混合物a混合，加水稀释得到混合液b，混合液b浓度为0.4mol/l，混合液b除渣后送至成型器湿法成型得湿纸；
s6、将湿纸进行真空抽吸除水并压榨后制得纸坯，纸坯经100℃干燥55min，得到含碳纳米材料的空气过滤纸，空气过滤纸厚度为0.35mm。
性能测试：
分别取实施例1-3和对比例1-2所制备得到的空气过滤纸进行性能检测，结果如表1所示，
表1各组空气过滤纸性能比较
注：效率指的是对0.05-0.3μm颗粒去除的效率。
从上表可以看出，对比例1和实施例1-3相比，阻力变大，强度、挺度以及抗菌性能有所下降，而防水性能明显的降低；对比例2和实施例1-3相比，抗菌效率降低明显，其他性能变化不大。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。