本发明涉及空气过滤领域，特别是涉及一种耐高温复合纳米纤维过滤膜制备方法。
背景技术：
随着工业技术的高速发展，材料、冶金、化工、电力等重工业领域产生大量高温烟气，形成大量悬浮于空气中的微小颗粒物，是空气污染的主要来源，严重影响人们的生活质量。开发一种适用于高温烟气的空气过滤膜已经成为当前空气污染治理领域的研究重点。
静电纺丝作为简便的微纳结构喷射制造技术，以其工艺简单、操作方便、材料兼容性好等优点，成为了主流的纳米纤维制造技术。静电纺丝纳米纤维材料来源广泛、易于进行表面改性，电纺纳米纤维膜渗透性好、孔径小、孔隙的连通性好，更易与有机气体及亚微米级粒子结合，起到良好的吸附分离作用。目前，静电纺丝纳米纤维过滤材料已经成功应用于高效空气净化领域，多个研究机构和研究团队经实验证明纳米纤维对于有机气体和微纳粉尘具有良好的净化作用(Liu C,Hsu P C,Lee H W,et al.Transparent air filter for high-efficiency PM2.5capture[J].Nature communications,2015,6:6205)。
作为一种新型材料，无机陶瓷纤维如Al2O3纤维、SiC纤维等已经被广泛应用于高温烟气净化领域。与传统滤料相比，纤维滤料的比表面大，孔径小，孔隙率高，对于小粒径污染物颗粒具有更好的截留效果。而无机陶瓷具有良好的机械强度、优越的化学稳定性以及良好的耐高温性能(刘威，崔元山，金江.高温烟气净化用陶瓷纤维管的制备与性能[J].环境工程学报,2012,6(9):3248-3252)。目前，无机陶瓷纤维的制备方法主要包括溶剂热合成法、化学气相沉积法、挤压法、超细微粉烧结法、溶胶——凝胶法等，但是这些方法均存在设备复杂、成本较高等问题，且制备的纤维直径较大、易发生相互粘连、均匀性较差等问题，限制了其在高温烟气微小颗粒物过滤中的应用。
利用静电纺丝技术制备无机陶瓷纳米纤维膜已经成为新型耐高温空气过滤膜的新型手段，但是单一的无机陶瓷纤维膜存在成膜机械性能差的缺点，且耐高温性能好的材料如SiC 纤维的原料成本较高。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供可提高过滤膜的机械性能、延长使用寿命、增强纤维膜耐高温性能的一种耐高温复合纳米纤维过滤膜制备方法。
本发明包括以下步骤：
1)制备高分子聚合物溶液；
在步骤1)中，所述制备高分子聚合物溶液的具体方法可为：将耐高温高分子聚合物粉末溶解于有机溶剂中，搅拌后，得高分子聚合物溶液；所述高分子聚合物粉末包括但不限于PVDF、 PPS、PES、PTFE等耐高温高分子聚合物。
2)制备高分子聚合物纤维基材；
在步骤2)中，所述制备高分子聚合物纤维基材，可采用静电纺丝装置，具体方法为：利用高压电源在纺丝喷头与收集板之间形成高压电场，高压电源正极与纺丝喷头相连，负极连接收集板接地；向纺丝喷头内注入高分子聚合物溶液，待供液速度稳定后，打开高压电源对聚合物溶液产生拉伸作用形成射流喷射，经过溶剂挥发、射流固化，在收集板上得到高分子聚合物纳米纤维膜，作为复合过滤膜的基材；
所述静电纺丝装置中的纺丝喷头可采用单喷头、多喷头、无针喷头，所述无针喷头可采用线电极、滚筒电极、螺杆电极等无针喷头；所述高压电源可为直流电源或交流电源；所述喷头至收集板间距离10～30cm可调；
所述制备高分子聚合物纤维基材的方法可为溶液电纺或熔融电纺等纤维制备方法。
3)制备Al2O3纤维前驱体溶液；
在步骤3)中，所述制备Al2O3纤维前驱体溶液的具体方法可为：将铝盐溶于丙酮中作为铝的前驱体溶液，并加入含有PVP的乙醇溶液，将混合溶液作为制备Al2O3纳米纤维的前驱体溶液；所述铝盐包括但不限于乙酰丙酮铝、醋酸铝、硝酸铝等；
4)采用静电纺丝装置制备Al2O3纤维层；
在步骤4)中,所述采用静电纺丝装置制备Al2O3纤维层的具体方法可为：通过步骤2)所述静电纺丝方法制备纳米纤维膜，并在1000～1500℃条件下进行热处理1～6h，聚合物分解，经高温氧化形成Al2O3纤维层；
5)制备SiC纤维前驱体溶液；
在步骤5)中，所述制备SiC纤维前驱体溶液的具体方法可为：将聚碳硅烷(PCS)、聚氮硅烷或正硅酸乙酯溶解在甲苯中形成疏水性胶粒，PVP溶解于水中，两种溶液混合作为制备耐高温Al2O3纳米纤维的前驱体溶液；
6)制备SiC纤维层；
在步骤6)中，所述制备SiC纤维层可采用静电纺丝装置，制备SiC纤维层的具体方法可为：通过步骤2)所述静电纺丝方法制备纳米纤维膜，在190℃条件下氧化6h进行不熔化处理，然后在1000～1500℃条件下进行热处理1～6h，PCS分解得到SiC纳米纤维，得到超耐高温SiC纳米纤维层；
7)重复步骤3)和步骤4)，制备上层Al2O3耐高温纤维层；
8)重复步骤1)和步骤2)，制备上层高分子聚合物基材；
9)制备耐高温复合纳米纤维过滤膜。
在步骤9)中，所述制备耐高温复合纳米纤维过滤膜的具体方法可为：对步骤2)、4)、 6)、7)、8)所得的纳米纤维膜在室温下静置24h后在100～150℃条件下进行热压处理，提高复合强度，得到耐高温复合纳米纤维过滤膜；所述复合纳米纤维过滤膜各层膜厚可根据实际耐高温需求进行调节。
过滤膜复合方式可采用5层纤维膜分别成膜后进行热压复合，也可对Al2O3/SiC前驱体纤维先进行复合热处理后得到耐高温纤维层，再与有机聚合物基材进行热压复合；所述复合膜可为PVDF-Al2O3-SiC-Al2O3-PVDF结构，也可为PVDF-SiC-Al2O3-SiC-PVDF结构，并且不同纤维层厚度可根据耐高温需求进行调节。
本发明提供一种包括高分子聚合物基材、Al2O3耐高温纤维层、SiC超耐高温纤维层的耐高温复合纳米纤维过滤膜的制备方法，其中Al2O3作为耐高温过滤膜的主体材料，而SiC超耐高温纤维层的引入可进一步提高过滤膜的耐高温效果，可将静电纺丝纳米纤维过滤膜的应用领域扩展至高温烟气净化等领域。
本发明通过有机耐高温纳米纤维膜与无机陶瓷纳米纤维膜的复合立体成型提高过滤膜的机械性能，延长使用寿命，并有效增强纤维膜的耐高温性能，促进静电纺丝技术在高温烟气净化过滤领域的应用。
附图说明
图1是PVDF-Al2O3-SiC-Al2O3-PVDF复合纳米纤维膜示意图。
图2是Al2O3-SiC-Al2O3复合耐高温纳米纤维层示意图。
图3是PVDF-SiC-Al2O3-SiC-PVDF复合纳米纤维膜示意图。
图4是SiC-Al2O3-SiC复合耐高温纳米纤维层示意图。
图5是静电纺丝制备的PVDF高分子聚合物基材SEM图。
图6是静电纺丝制备的Al2O3耐高温纤维层SEM图。
图7是静电纺丝制备的SiC超耐高温纤维层SEM图。
图中1.PVDF高分子聚合物基材；2.Al2O3耐高温纤维层；3.SiC超耐高温纤维层；4.Al2O3耐高温纤维层；5.PVDF高分子聚合物基材；6.PVDF高分子聚合物基材；7.SiC超耐高温纤维层；8.Al2O3耐高温纤维层；9.SiC超耐高温纤维层；10.PVDF高分子聚合物基材。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1
1、制备PVDF高分子聚合物纳米纤维膜1，如图5所示，作为复合过滤膜的基材；
2、将Al2O3前驱体纤维在1000～1500℃条件下进行热处理1～6h，聚合物分解，经高温氧化形成Al2O3纤维层2，如图6所示；
3、将SiC前驱体纤维在190℃条件下氧化6h进行不熔化处理，之后在1000～1500℃条件下进行热处理1～6h，PCS分解得到SiC纳米纤维，得到超耐高温SiC纳米纤维层3，如图7所示；
4、将Al2O3前驱体纤维在1000～1500℃条件下进行热处理1～6h，聚合物分解，经高温氧化形成Al2O3纤维层4；
5、制备PVDF高分子聚合物纳米纤维膜5，作为复合过滤膜的基材；
6、将前面步骤所得的5层纳米纤维膜在室温下静置24h后在100～150℃条件下进行热压处理，提高复合强度，得到复合纳米纤维膜，如图1所示。
实施例2
1、制备PVDF高分子聚合物纳米纤维膜1，作为复合过滤膜的基材；
2、将SiC前驱体纤维在190℃条件下氧化6h进行不熔化处理；
3、将Al2O3前驱体纤维2、SiC前驱体纤维3、Al2O3前驱体纤维4在室温下静置24h后在100～ 150℃条件下进行热压处理，之后在1000～1500℃条件下进行热处理1～6h，经过聚合物分解、高温氧化等过程，得到复合耐高温Al2O3/SiC纤维层，如图2所示；
4、制备PVDF高分子聚合物纳米纤维膜5，作为复合过滤膜的基材；
5、将前面步骤所得的3层纳米纤维膜在室温下静置24h后在100～150℃条件下进行热压处理，提高复合强度，得到复合纳米纤维膜，如图1所示。
实施例3
1、制备PVDF高分子聚合物纳米纤维膜6，作为复合过滤膜的基材；
2、将SiC前驱体纤维在190℃条件下氧化6h进行不熔化处理，之后在1000～1500℃条件下进行热处理1～6h，PCS分解得到SiC纳米纤维，得到超耐高温SiC纳米纤维层7；
3、将Al2O3前驱体纤维在1000～1500℃条件下进行热处理1～6h，聚合物分解，经高温氧化形成Al2O3纤维层8；
4、将SiC前驱体纤维在190℃条件下氧化6h进行不熔化处理，之后在1000～1500℃条件下进行热处理1～6h，PCS分解得到SiC纳米纤维，得到超耐高温SiC纳米纤维层9；
5、制备PVDF高分子聚合物纳米纤维膜10，作为复合过滤膜的基材；
6、将前面步骤所得的5层纳米纤维膜在室温下静置24h后在100～150℃条件下进行热压处理，提高复合强度，得到复合纳米纤维膜，如图3所示。
实施例4
1、制备PVDF高分子聚合物纳米纤维膜6，作为复合过滤膜的基材；
2、将SiC前驱体纤维在190℃条件下氧化6h进行不熔化处理；
3、将SiC前驱体纤维7、Al2O3前驱体纤维8、SiC前驱体纤维9在室温下静置24h后在100～ 150℃条件下进行热压处理，之后在1000～1500℃条件下进行热处理1～6h，经过聚合物分解、高温氧化等过程，得到复合耐高温SiC/Al2O3纤维层，如图4所示；
4、制备PVDF高分子聚合物纳米纤维膜10，作为复合过滤膜的基材；
5、将前面步骤所得的3层纳米纤维膜在室温下静置24h后在100～150℃条件下进行热压处理，提高复合强度，得到复合纳米纤维膜，如图3所示。