表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料及其制备方法与流程

本发明属于纳米纤维过滤材料领域，涉及一种表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料及其制备方法，特别涉及一种具有高抑菌率的表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料及其制备方法。

背景技术：

空气污染通常是指由人类活动或自然过程产生的某些物质进入大气后呈现出足够的浓度且达到足够的时间后危害人体的舒适、健康或自然环境的现象。随着工业化和城市化的迅速发展，空气污染问题日益严峻，我国中东部地区经常出现大面积且长时间的低能见度雾霾天气，给人们日常工作和生活甚至生命健康带来极大影响。雾霾主要是由空气中的悬浮颗粒和烟雾形成的，这些小尺度粒子(如悬浮颗粒，从0.001μm到10μm，平均直径大约在1～2μm左右)均匀稳定地分布在空气中并可长距离运输。雾霾天气时大气悬浮颗粒物中的微生物高达1300多种，包含可致病或致呼吸道过敏的微生物，其不仅会引起过敏，而且能在进入人体后引发肺癌等疾病，对人体造成不可逆的伤害，甚至会造成死亡。对于室内空气而言，由于空间狭小且空气流通性差，室内空气污染成分也尤为复杂。细菌等微生物及其他有毒有害物质依附在可吸入颗粒物上进入人体后，使得支气管炎、流感、肺结核和脑膜炎等疾病的发病率大大增加。传统的纤维过滤材料的直径较粗，孔径大，存在过滤效率低、功能单一或制备工艺复杂等缺陷，难以满足人们对高度清洁的空气环境的要求。

为了制备多功能的空气过滤材料，研究者常常采用层层复合的方式。专利cn204815955u制备了一种包括第一锦纶层、hepa层、第一银离子层、活性炭过滤层、第二银离子层和第二锦纶层的空气过滤材料，具有除异味抗菌的效果；专利cn107051232a先分别制备纳米活性炭/聚合物纳米纤维膜、纳米tio2/聚合物纳米纤维膜和纳米银/聚合物纳米纤维膜，经热处理去除高分子材料，再将活性炭纳米纤维膜、tio2纳米纤维膜、纳米银抗菌纤维膜三层复合制得一种过滤效率大于99％且抑菌效果较好的杀菌除醛的空气过滤膜。但上述制备功能型过滤材料的方法，工艺要求高，工序复杂繁琐，成本相对较高。

专利cn206593280u在过滤主体的表面涂覆、喷洒或者浸泡能够抗菌的抗菌剂，获得抑菌性能；专利cn104524866a通过将非织造布浸渍在壳聚糖溶液中，在纤维表面引入壳聚糖，再在非织造布表面喷涂纤维素纳米纤维的水相分散液，使其在非织造布纤维之间形成网络结构，降低非织造布的孔径，增大非织造布的比表面积，得到具有抗菌性能的高效低阻复合型空气过滤材料。表面涂覆抗菌剂能充分发挥其优良的抑菌效果，但稳定性差，尤其是壳聚糖烘干后较脆，易剥落，抗菌长效性差。

专利cn103774345a将氧化石墨烯加入两种聚合物溶液中，通过并排电纺的方式制备出两种直径差异较大的纳米纤维层层复合的复合纳米纤维过滤膜，其对氯化钠气溶胶的截留率为96％，压力降小于28mm水柱，由于掺杂了氧化石墨烯，对大肠杆菌的抑菌率大于90％，但是氧化石墨烯制备困难，产量低，成本高，其是通过片状氧化石墨烯锋利的边缘破坏细胞膜致使细菌死亡从而进行杀菌，抑菌性能有限。

专利cn105544091a将纳米tio2颗粒分散在pla溶液中，通过静电纺丝方法制备了混杂结构的pla/tio2纤维膜，过滤效率达到99.98％，对金黄色葡萄球菌的抑菌率达到99％，对大肠杆菌的抑菌率达到95％。纳米银粒子、纳米tio2和氧化石墨烯等可广泛应用于抗菌型纳米纤维过滤材料领域，但是所用抗菌材料均为无机材料，生物降解性和人体亲和性差，易造成二次污染。

因此，开发一种制备工艺简单且具有高抑菌率和高吸附性的环境友好型空气过滤材料具有十分重要的现实意义。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决上述现有技术中存在的问题，提供一种制备工艺简单且具有高抑菌率和高吸附性的环境友好型的表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料及其制备方法。本发明先将壳聚糖粉末分散在pla溶液中制得纺丝液，然后通过静电纺丝方法制得纳米纤维空气净化材料。纳米纤维空气净化材料的纳米纤维膜上存在大量纳米级孔洞且表面镶嵌有壳聚糖纳米粉末，其对于空气中的悬浮颗粒具有良好的吸附和过滤效果，同时可有效杀灭空气中的细菌和病毒等微生物，抑菌率高，在空气净化领域和卫生健康防护领域具有广阔的应用前景。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料，具有复合层结构，包括相邻的纳米纤维膜层和预过滤层，纳米纤维膜层和预过滤层具有孔隙结构，且预过滤层的孔径大于纳米纤维膜层，纳米纤维膜中的纳米纤维上分布有纳米孔洞且纳米纤维的表面镶嵌有壳聚糖纳米粉末，表面是指纳米纤维与外界接触的部分，由内表面和外表面构成，其中内表面为纳米孔洞的内壁面。本发明的纳米纤维表面镶嵌的壳聚糖纳米粉末不易脱落，且在纤维中均匀分布，可有效杀灭空气中的细菌和病毒等微生物，同时，其纳米孔洞对于空气中悬浮的微细颗粒物具有优良的吸附和过滤效果。

如上所述的表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料，根据国家标准gb/t20944.3-2008对表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料的抗菌性能进行测试，表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料的对大肠杆菌的抑菌率为92.8～99.9％，对金黄色葡萄球菌的抑菌率为87.5～99.8％，对质量中值直径为260nm的nacl气溶胶的过滤效率为98.10～99.90％，将室内空气中的pm2.5的浓度从999μg/m³降低到0μg/m³的时间为24～50min。本发明相对于涂覆和浸渍等工艺，抗菌效果更好，具有长效性，同时具有良好的过滤吸附性能，制备方法简便，一步法效果稳定。

如上所述的表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料，所述纳米纤维膜的平均孔径为4.27～7.95μm，孔隙率为80％以上。本发明的纳米纤维膜的孔径小，孔隙率高，对空气中悬浮的微细颗粒物具有优良的吸附和过滤效果。

如上所述的表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料，所述纳米纤维的形态为串珠型或直线型；本发明的纳米纤维具有高比表面积，从而有大量的壳聚糖分布在表面，充分发挥其抑菌效果；纤维直径小，堆积成的纤维膜的孔径小，过滤效果较好，本发明过滤效率高，压降低，低于200pa，所述纳米纤维的平均直径为1.12～1.5μm，所述纳米孔洞在纤维直径方向上的长度为29～74.97nm，所有的纳米孔洞的孔口面积之和为a，a为a与所述外表面面积之和的18～38％；通过edx元素分析测得的纳米纤维表面氮元素的质量分数即所述纳米纤维的表面氮元素的含量为2.09～3.71wt％，表明纤维表面分布有大量的纳米壳聚糖纳米粉末，壳聚糖能与纳米纤维膜拦截的细菌和病毒等微生物充分接触并将其杀死，从而使得本发明制得的表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料具有高抑菌率。

如上所述的表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料，表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料具有双层或三层结构，相邻的纳米纤维膜层和预过滤层的厚度分别为34～69μm和0.132～0.157mm。

如上所述的表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料，所述纳米纤维膜的材质为聚乳酸，纳米纤维膜选用生物质高分子材料聚乳酸，不仅来源广泛，而且无毒无害，具有良好的生物相容性和生物可降解性；所述预过滤层的材料为纺粘非织造布或热熔非织造布，预过滤层的孔径相对较大，起到预过滤作用，同时，非织造布的强度较好，结构稳定，可保护和支撑纳米纤维膜。

本发明还提供了制备如上所述的表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料的方法，将含壳聚糖纳米粉末的纺丝液进行静电纺丝并以预过滤材料为接收基材制得表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料，其中，含壳聚糖纳米粉末的纺丝液中的溶质为pla，溶剂为dcm与dmac的混合溶剂，预过滤材料为所述预过滤层的材料，静电纺丝时环境的相对湿度为30～60％。纳米纤维表面分布的纳米孔洞可由极易挥发的有机溶剂(dcm与dmac的混合溶剂)和空气中的水汽(小水滴)挥发形成，环境湿度大，空气中含有的小水滴多。纺丝液从静电纺丝的针头喷出，空气中的小水滴会在射流中有沉积，随着有机溶剂和小水滴的快速挥发，在纤维的表面留下了痕迹(即孔洞)，大量的孔洞可有效吸附和过滤空气中的悬浮颗粒。湿度小于30％时，纤维表面无孔或孔较少，环境湿度大，在纤维表面形成大量的孔，进一步增大纤维的比表面积，提高吸附性能，并且壳聚糖分布的面积也增大，有利于提高吸附效果，由于pla与水不相溶，当湿度过大时，pla溶液极易凝固堵塞针头，影响纺丝效果。

如上所述的方法，具体步骤如下：

(1)将pla颗粒溶解在dcm与dmac的混合溶剂中得到pla溶液；

(2)将壳聚糖纳米粉末加入到pla溶液中搅拌至均匀分散并超声波振荡处理得到含壳聚糖纳米粉末的纺丝液；壳聚糖纳米粉末的加入对形成的纺丝液的粘度和表面张力等性质影响不大，所以壳聚糖不会影响纤维表面孔洞的形成及纤维的表面形态；壳聚糖纳米粉末在dcm/dmac的混合溶剂中不溶解，经过搅拌并超声波振荡处理后以微粒状均匀分散在纺丝液中；

(3)静电纺丝制得表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料。

本发明的制备方法是将壳聚糖纳米粉末加入pla溶液中制得纺丝液后进行静电纺丝制备的，形成纤维后，壳聚糖纳米粉末是镶嵌在纤维中的，在纤维中均匀分布，不是通过浸渍或涂层使其包裹在纤维表面，不易脱落。同时，在现有技术中，由于壳聚糖相对分子质量大，分子链易缠结，使溶液粘度大，难以直接纺丝，且pla/壳聚糖两者不相容，原因如下：1.壳聚糖需要溶解在酸性水溶液中，而pla遇水即凝固；2.即使以可以同时溶解两者的强酸为溶剂，混合在一起时pla和壳聚糖仍然是相分离的，静置短时间混合溶液分层。本发明通过将纳米粉末状的壳聚糖分散在pla溶液中，形成稳定的悬浊液，直接进行纺丝，不仅克服了以上问题，而且方法简单，保留了pla纤维的表面多孔结构，跟涂覆相比，壳聚糖不易脱落，抗菌效果长久。

如上所述的方法，所述pla溶液的浓度为4～10wt％，所述壳聚糖纳米粉末的粒径为100～600nm，所述纺丝液中壳聚糖纳米粉末的含量为1～3wt％，所述超声波振荡处理的时间为60～120min。pla溶液的浓度太低难形成纤维，太高难以挤出，得不到牵伸。无论是低浓度获得的串珠结构还是高浓度获得的直线型，表面均为多孔结构，比表面积大，具有较好的过滤吸附效果。壳聚糖浓度太低，抑菌效果不理想，浓度太大会破环纤维的孔隙结构甚至影响其可纺性，壳聚糖相对于纤维的质量百分数达到20％～30％较好，纤维中壳聚糖质量百分数为23.8％时，抑菌率可达到99.5％。

如上所述的方法，所述静电纺丝的工艺参数为：纺丝温度17～26℃，纺丝温度会影响dcm与dmac的混合溶剂的挥发性，影响到纳米纤维膜的孔洞的形成；纺丝电压12～20kv，纺丝液流量0.5～2.0ml/h，接收距离8～14cm；纺丝电压、纺丝液流量、纺丝液中pla的浓度和壳聚糖纳米粉末的含量等均会影响纤维的形态，电压越大，流量越小，浓度越高，纤维的串珠结构逐渐减少。纺丝液中壳聚糖纳米粉末的含量增加，纤维中的串珠结构会增加。相同pla的浓度，不含壳聚糖纳米粉末的纤维是直线型的，加入壳聚糖纳米粉末，随着含量增加，纤维会出现串珠结构；纺丝温度主要是影响空气中小水滴和溶剂的挥发，过低，挥发慢，纤维在到达接收装置时还未完全凝固，会破坏膜的结构。纺丝电压为纤维提供了静电场牵伸的力，电压越高，纤维牵伸程度越大，直径越小，过小则牵伸不足。纺丝液流量决定纺丝效率，流量过低，纺丝效率低，但是过大，液滴来不及牵伸成纤维，会直接喷到接收装置上甚至堵塞针头。

所述静电纺丝的接收装置为横移式滚筒，接收基材覆盖在滚筒上，滚筒转速为4～7m/min，滚筒沿轴向的横移速度为10～15cm/min。

发明机理：

现有技术中将壳聚糖与纳米纤维两者结合制备复合材料的方法包括将两者混合制备生物医用材料，如：支架、用tfa(成本高、挥发性强且有毒性)将两者溶解后进行静电纺、将两者分别溶解后添加乙醇或peo改善两者相容性，但是上述方法取得的成效有限，且工艺复杂，获得的纤维均匀性差，此外，壳聚糖溶解后，改变了溶液的粘度和表面张力等性质，纤维的形成过程受到影响，空气中的水滴不易在纤维凝固前在表面沉积，制得的纤维表面不具备多孔的特征，比表面积小且吸附效果有限。

本发明先将pla颗粒溶解在dcm与dmac的混合溶剂中得到pla溶液，然后将壳聚糖纳米粉末加入到pla溶液中搅拌至均匀分散并超声波振荡处理得到纺丝液，其中壳聚糖以粉末状态均匀分散在pla溶液中，形成稳定的悬浊液，pla溶液的粘度和表面张力变化极小，最后利用纺丝液进行静电纺丝，纺丝液从静电纺丝的针头喷出后，空气中的小水滴会在射流中沉积，纺丝时随着有机溶剂和小水滴的快速挥发，在纤维的表面形成孔洞，壳聚糖纳米粉末随着溶液喷出被固化在纤维表面，纤维靠物理力固定壳聚糖纳米粉末，使其不脱落。此过程中，纤维的形成过程顺利且其孔隙结构未受到影响。

通过上述方法制得的纳米纤维表面分布有大量的纳米孔洞，其作用主要如下：(1)增大了纤维的比表面积，比表面积的增大，表面壳聚糖的含量也增多(增加了壳聚糖与空气接触的面积)，从而了提高抑菌效果；(2)提高了纤维的表面粗糙度，增大了纤维与空气中的微粒之间的摩擦力，微粒不易滑过，提高其对空气中的微粒的过滤拦截效果。因此，本发明的纳米纤维膜对空气中的微细颗粒物具有优良的吸附过滤效果，同时对空气中的细菌和病原体等微生物也具有较好的拦截以及吸附作用，而纤维表面均匀镶嵌的壳聚糖纳米粉末可对纳米纤维膜拦截的以及空气中的细菌和病毒等微生物进行有效杀灭，发挥良好的抗菌效果，从而提高了本发明空气净化材料的抑菌率。

有益效果：

(1)本发明的表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料的制备方法，采用生物质聚合物pla和抑菌剂壳聚糖作为原料，来源广泛，无毒无害，具有良好的生物相容性及生物可降解性，符合可持续发展的理念；

(2)本发明的表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料的制备方法，先将纳米级的壳聚糖纳米粉末分散在pla溶液中经超声处理后制得稳定的纺丝液，然后通过静电纺丝方法一步制得具有抗菌效果的纳米纤维膜，工艺简单，且解决了pla和壳聚糖相容性差，不易配备pla/壳聚糖混合溶液的问题；

(3)本发明的表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料，所制备的纳米纤维膜孔径小，孔隙率高，纤维表面分布有大量的纳米孔洞，极大地提高了纳米纤维膜的比表面积，对空气中的微细颗粒物及细菌和病原体等具有较好的拦截以及吸附作用；

(4)本发明的表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料，纤维表面含有大量的纳米壳聚糖微粒，能与空气充分接触，发挥良好的抗菌效果，与涂覆抑菌剂的抗菌材料相比，效果更加稳定持久，可用于空气过滤和健康卫生防护等领域，有效改善空气质量，保护人体健康。

附图说明

图1为本发明表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料的纳米纤维膜的扫描电镜图；

图2为本发明表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料的纳米纤维的表面多孔结构图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料的制备方法，具体步骤如下：

(1)将pla颗粒溶解在质量比为10：1的dcm与dmac的混合溶剂中得到浓度为8wt％的pla溶液；

(2)将粒径为100-600nm的壳聚糖纳米粉末加入到pla溶液中搅拌至均匀分散并超声波振荡处理90min得到纺丝液，其中纺丝液中壳聚糖纳米粉末的含量为3wt％；

(3)以纺粘非织造布为接收基材静电纺丝制得表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料，静电纺丝的工艺参数为：纺丝温度17℃，纺丝电压18kv，纺丝液流量1.5ml/h，接收距离8cm；静电纺丝的接收装置为横移式滚筒，接收基材覆盖在滚筒上，滚筒转速为5m/min，滚筒沿轴向的横移速度为10cm/min，静电纺丝时环境的相对湿度为30％。

最终制得的表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料具有双层复合层结构，包括纳米纤维膜层和预过滤层，纳米纤维膜层和预过滤层的厚度分别为50μm和0.140mm，纳米纤维膜层的材质为聚乳酸，预过滤层的材料为纺粘非织造布。纳米纤维膜层和预过滤层具有孔隙结构，且预过滤层的孔径大于纳米纤维膜层。纳米纤维膜层中纳米纤维膜的扫描电镜图如图1和2所示，纳米纤维的形态为直线型，纳米纤维膜中的纳米纤维上分布有纳米孔洞且纳米纤维的表面镶嵌有壳聚糖纳米粉末，表面是指纳米纤维与外界接触的部分，由内表面和外表面构成，其中内表面为纳米孔洞的内壁面，纳米纤维的平均直径为1.25μm，纳米孔洞在纤维直径方向上的平均长度为29nm，所有的纳米孔洞的孔口面积之和为a，a为a与纳米纤维外表面面积之和的21.57％，纳米纤维膜的平均孔径为7.72μm，孔隙率为80％，通过edx元素分析测得纳米纤维的表面氮元素的含量为3.71wt％。

根据gb/t20944.3-2008对表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料的抗菌性能进行测试，抗菌性能测试共分为两大组(4个小组)测试：(a)组测试标准棉(标准棉为标准白布(机织布)，是根据抗菌实验标准选用的对照样)的菌液在琼脂平板中的生长情况；(b)组测试本发明制得的表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料的菌液在琼脂平板中的生长情况，其中(a1)、(b1)组菌液中的细菌为金黄色葡萄球菌，(a2)和(b2)组菌液中的细菌为大肠杆菌，测得本发明的表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料对大肠杆菌的抑菌率为99.9％，对金黄色葡萄球菌的抑菌率为99.8％。

将本发明的表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料制成滤芯，并利用certitest8130型自动滤料测试仪测得本发明的表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料对质量中值直径为260nm的nacl气溶胶的过滤效率为98.99％，压降为147.60pa，品质因子为0.0312。

在体积为0.5×0.5×0.5m的密闭空间中燃烧一支香烟，营造污染环境，测得被污染的密闭空间中pm2.5和pm1.0的初始浓度为999μg/m³，用本发明的表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料替换掉车载空气净化器中的常规滤纸，将空气净化器放在密闭空间中工作，27min后，密闭空间中pm2.5的浓度降至0μg/m³。

实施例2

表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料的制备方法，具体步骤如下：

(1)将pla颗粒溶解在质量比为10：1的dcm与dmac的混合溶剂中得到浓度为8wt％的pla溶液；

(2)将粒径为100-600nm的壳聚糖纳米粉末加入到pla溶液中搅拌至均匀分散并超声波振荡处理90min得到纺丝液，其中纺丝液中壳聚糖纳米粉末的含量为2wt％；

(3)以纺粘非织造布为接收基材静电纺丝制得表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料，静电纺丝的工艺参数为：纺丝温度20℃，纺丝电压16kv，纺丝液流量1ml/h，接收距离12cm；静电纺丝的接收装置为横移式滚筒，接收基材覆盖在滚筒上，滚筒转速为4m/min，滚筒沿轴向的横移速度为13cm/min，静电纺丝时环境的相对湿度为60％。

最终制得的表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料具有双层复合层结构，包括纳米纤维膜层和预过滤层，纳米纤维膜层和预过滤层的厚度分别为34μm和0.145mm，纳米纤维膜层的材质为聚乳酸，预过滤层的材料为纺粘非织造布。纳米纤维膜层和预过滤层具有孔隙结构，且预过滤层的孔径大于纳米纤维膜层，纳米纤维膜的平均孔径为7.95μm，孔隙率为83％，纳米纤维膜中的纳米纤维上分布有纳米孔洞且纳米纤维的表面镶嵌有壳聚糖纳米粉末，表面是指纳米纤维与外界接触的部分，由内表面和外表面构成，其中内表面为纳米孔洞的内壁面，纳米纤维的形态为直线型，平均直径为1.39μm，纳米孔洞在纤维直径方向上的平均长度为69.52nm，所有的纳米孔洞的孔口面积之和为a，a为a与纳米纤维外表面面积之和的28.81％，通过edx元素分析测得纳米纤维的表面氮元素的含量为2.75wt％，如表1所示：

表1纳米纤维膜表面的元素含量

从表1可知，由于pla本身不含氮元素，壳聚糖带有氮元素，而复合纤维表面检测到了氮元素，因此可以表明本发明成功将壳聚糖粉末加载到了纤维的表面。

根据gb/t20944.3-2008对表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料的抗菌性能进行测试，测得对大肠杆菌的抑菌率为92.8％，对金黄色葡萄球菌的抑菌率为87.5％，利用certitest8130型自动滤料测试仪测得对质量中值直径为260nm的nacl气溶胶的过滤效率为98.26％，压降为147.00pa，品质因子为0.0276。将室内空气中的pm2.5的浓度从999μg/m³降低到0μg/m³的时间为32min。

实施例3

表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料的制备方法，具体步骤如下：

(1)将pla颗粒溶解在质量比为10：1的dcm与dmac的混合溶剂中得到浓度为6wt％的pla溶液；

(2)将粒径为100-600nm的壳聚糖纳米粉末加入到pla溶液中搅拌至均匀分散并超声波振荡处理60min得到纺丝液，其中纺丝液中壳聚糖纳米粉末的含量为1.5wt％；

(3)以热熔非织造布为接收基材静电纺丝制得表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料，静电纺丝的工艺参数为：纺丝温度22℃，纺丝电压18kv，纺丝液流量1.5ml/h，接收距离10cm；静电纺丝的接收装置为横移式滚筒，接收基材覆盖在滚筒上，滚筒转速为4m/min，滚筒沿轴向的横移速度为15cm/min，静电纺丝时环境的相对湿度为60％。

最终制得的表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料具有双层复合层结构，包括纳米纤维膜层和预过滤层，纳米纤维膜层和预过滤层的厚度分别为48μm和0.132mm，纳米纤维膜层的材质为聚乳酸，预过滤层的材料为热熔非织造布。纳米纤维膜层和预过滤层具有孔隙结构，且预过滤层的孔径大于纳米纤维膜层，纳米纤维膜的平均孔径为7.53μm，孔隙率为83％，纳米纤维膜中的纳米纤维上分布有纳米孔洞且纳米纤维的表面镶嵌有壳聚糖纳米粉末，表面是指纳米纤维与外界接触的部分，由内表面和外表面构成，其中内表面为纳米孔洞的内壁面，纳米纤维的形态为串珠型，纳米孔洞在纤维直径方向上的平均长度为74.97nm，所有的纳米孔洞的孔口面积之和为a，a为a与纳米纤维外表面面积之和的32.46％，通过edx元素分析测得纳米纤维的表面氮元素的含量为2.55wt％。

根据gb/t20944.3-2008对表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料的抗菌性能进行测试，测得对大肠杆菌的抑菌率为93.4％，对金黄色葡萄球菌的抑菌率为89.6％，利用certitest8130型自动滤料测试仪测得对质量中值直径为260nm的nacl气溶胶的过滤效率为98.78％，压降为162.35pa，品质因子为0.0271。将室内空气中的pm2.5的浓度从999μg/m³降低到0μg/m³的时间为30min。

实施例4

表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料的制备方法，具体步骤如下：

(1)将pla颗粒溶解在质量比为10：1的dcm与dmac的混合溶剂中得到浓度为7wt％的pla溶液；

(2)将粒径为100-600nm的壳聚糖纳米粉末加入到pla溶液中搅拌至均匀分散并超声波振荡处理80min得到纺丝液，其中纺丝液中壳聚糖纳米粉末的含量为1.75wt％；

(3)以实施例1制得的具有双层结构的纳米纤维空气净化材料为接收基材静电纺丝制得表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料，静电纺丝的工艺参数为：纺丝温度19℃，纺丝电压20kv，纺丝液流量1ml/h，接收距离14cm；静电纺丝的接收装置为横移式滚筒，接收基材覆盖在滚筒上，滚筒转速为6m/min，滚筒沿轴向的横移速度为10cm/min，静电纺丝时环境的相对湿度为45％。

最终制得的表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料具有三层复合层结构，包括2层纳米纤维膜层以及中间所夹的预过滤层，其中，2层纳米纤维膜层的厚度分别为52μm和43μm，预过滤层的厚度为0.155mm，纳米纤维膜层的材质为聚乳酸，预过滤层的材料为热熔非织造布。纳米纤维膜层和预过滤层具有孔隙结构，且预过滤层的孔径大于纳米纤维膜层，纳米纤维膜的平均孔径为7.25μm，孔隙率为83％，纳米纤维膜中的纳米纤维上分布有纳米孔洞且纳米纤维的表面镶嵌有壳聚糖纳米粉末，表面是指纳米纤维与外界接触的部分，由内表面和外表面构成，其中内表面为纳米孔洞的内壁面，纳米纤维的形态为直线型，平均直径为1.34μm，纳米孔洞在纤维直径方向上的平均长度为53.72nm，所有的纳米孔洞的孔口面积之和为a，a为a与纳米纤维外表面面积之和的23.85％，通过edx元素分析测得纳米纤维的表面氮元素的含量为3.05wt％。

根据gb/t20944.3-2008对表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料的抗菌性能进行测试，测得对大肠杆菌的抑菌率为92.9％，对金黄色葡萄球菌的抑菌率为90.8％，利用certitest8130型自动滤料测试仪测得对质量中值直径为260nm的nacl气溶胶的过滤效率为98.10％，压降为167.05pa，品质因子为0.0237。将室内空气中的pm2.5的浓度从999μg/m³降低到0μg/m³的时间为33min。

实施例5

表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料的制备方法，具体步骤如下：

(1)将pla颗粒溶解在质量比为10：1的dcm与dmac的混合溶剂中得到浓度为7wt％的pla溶液；

(2)将粒径为150-500nm的壳聚糖纳米粉末加入到pla溶液中搅拌至均匀分散并超声波振荡处理120min得到纺丝液，其中纺丝液中壳聚糖纳米粉末的含量为2wt％；

(3)以实施例2制得的具有双层结构的纳米纤维为接收基材静电纺丝制得表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料，静电纺丝的工艺参数为：纺丝温度17℃，纺丝电压16kv，纺丝液流量1ml/h，接收距离12cm；静电纺丝的接收装置为横移式滚筒，接收基材覆盖在滚筒上，滚筒转速为7m/min，滚筒沿轴向的横移速度为11cm/min，静电纺丝时环境的相对湿度为45％。

最终制得的表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料具有三层复合层结构，包括2层纳米纤维膜层以及中间所夹的预过滤层，其中，2层纳米纤维膜层的厚度分别为40μm和53μm，预过滤层的厚度为0.157mm，纳米纤维膜层的材质为聚乳酸，预过滤层的材料为纺粘非织造布。纳米纤维膜层和预过滤层具有孔隙结构，且预过滤层的孔径大于纳米纤维膜层，纳米纤维膜的平均孔径为5.85μm，孔隙率为80％，纳米纤维膜中的纳米纤维上分布有纳米孔洞且纳米纤维的表面镶嵌有壳聚糖纳米粉末，表面是指纳米纤维与外界接触的部分，由内表面和外表面构成，其中内表面为纳米孔洞的内壁面，纳米纤维的形态为直线型，平均直径为1.12μm，纳米孔洞在纤维直径方向上的平均长度为58nm，所有的纳米孔洞的孔口面积之和为a，a为a与纳米纤维外表面面积之和的26.7％，通过edx元素分析测得纳米纤维的表面氮元素的含量为3.14wt％。

根据gb/t20944.3-2008对表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料的抗菌性能进行测试，测得对大肠杆菌的抑菌率为99.1％，对金黄色葡萄球菌的抑菌率为99.3％，利用certitest8130型自动滤料测试仪测得对质量中值直径为260nm的nacl气溶胶的过滤效率为99.78％，压降为251.31pa，品质因子为0.0243。将室内空气中的pm2.5的浓度从999μg/m³降低到0μg/m³的时间为24min。

实施例6

表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料的制备方法，具体步骤如下：

(1)将pla颗粒溶解在质量比为10：1的dcm与dmac的混合溶剂中得到浓度为4wt％的pla溶液；

(2)将粒径为100-400nm的壳聚糖纳米粉末加入到pla溶液中搅拌至均匀分散并超声波振荡处理60min得到纺丝液，其中纺丝液中壳聚糖纳米粉末的含量为1wt％；

(3)以热熔非织造布为接收基材静电纺丝制得表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料，静电纺丝的工艺参数为：纺丝温度21℃，纺丝电压12kv，纺丝液流量0.5ml/h，接收距离9cm；静电纺丝的接收装置为横移式滚筒，接收基材覆盖在滚筒上，滚筒转速为4m/min，滚筒沿轴向的横移速度为12cm/min，静电纺丝时环境的相对湿度为30％。

最终制得的表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料具有双层复合层结构，包括纳米纤维膜层和预过滤层，纳米纤维膜层和预过滤层的厚度分别为69μm和0.144mm，纳米纤维膜层的材质为聚乳酸，预过滤层的材料为热熔非织造布。纳米纤维膜层和预过滤层具有孔隙结构，且预过滤层的孔径大于纳米纤维膜层，纳米纤维膜的平均孔径为4.93μm，孔隙率为84％，纳米纤维膜中的纳米纤维上分布有纳米孔洞且纳米纤维的表面镶嵌有壳聚糖纳米粉末，表面是指纳米纤维与外界接触的部分，由内表面和外表面构成，其中内表面为纳米孔洞的内壁面，纳米纤维的形态为串珠型，纳米孔洞在纤维直径方向上的平均长度为34nm，所有的纳米孔洞的孔口面积之和为a，a为a与纳米纤维外表面面积之和的18％，通过edx元素分析测得纳米纤维的表面氮元素的含量为2.09wt％。

根据gb/t20944.3-2008对表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料的抗菌性能进行测试，测得对大肠杆菌的抑菌率为97.1％，对金黄色葡萄球菌的抑菌率为89.6％，利用certitest8130型自动滤料测试仪测得对质量中值直径为260nm的nacl气溶胶的过滤效率为99.90％。将室内空气中的pm2.5的浓度从999μg/m³降低到0μg/m³的时间为50min。

实施例7

表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料的制备方法，具体步骤如下：

(1)将pla颗粒溶解在质量比为10：1的dcm与dmac的混合溶剂中得到浓度为10wt％的pla溶液；

(2)将粒径为200-500nm的壳聚糖纳米粉末加入到pla溶液中搅拌至均匀分散并超声波振荡处理100min得到纺丝液，其中纺丝液中壳聚糖纳米粉末的含量为2.5wt％；

(3)以纺粘非织造布为接收基材静电纺丝制得表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料，静电纺丝的工艺参数为：纺丝温度26℃，纺丝电压15kv，纺丝液流量2.0ml/h，接收距离8cm；静电纺丝的接收装置为横移式滚筒，接收基材覆盖在滚筒上，滚筒转速为5m/min，滚筒沿轴向的横移速度为14cm/min，静电纺丝时环境的相对湿度为50％。

最终制得的表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料具有双层复合层结构，包括纳米纤维膜层和预过滤层，纳米纤维膜层和预过滤层的厚度分别为61μm和0.132mm，纳米纤维膜层的材质为聚乳酸，预过滤层的材料为纺粘非织造布。纳米纤维膜层和预过滤层具有孔隙结构，且预过滤层的孔径大于纳米纤维膜层，纳米纤维膜的平均孔径为4.27μm，孔隙率为82％，纳米纤维膜中的纳米纤维上分布有纳米孔洞且纳米纤维的表面镶嵌有壳聚糖纳米粉末，表面是指纳米纤维与外界接触的部分，由内表面和外表面构成，其中内表面为纳米孔洞的内壁面，纳米纤维的形态为直线型，平均直径为1.5μm，纳米孔洞在纤维直径方向上的平均长度为67nm，所有的纳米孔洞的孔口面积之和为a，a为a与纳米纤维外表面面积之和的38％，通过edx元素分析测得纳米纤维的表面氮元素的含量为3.16wt％。

根据gb/t20944.3-2008对表面含壳聚糖粉末的纳米纤维空气净化材料的抗菌性能进行测试，测得对大肠杆菌的抑菌率为92.9％，对金黄色葡萄球菌的抑菌率为96.4％，利用certitest8130型自动滤料测试仪测得对质量中值直径为260nm的nacl气溶胶的过滤效率为99.33％，将室内空气中的pm2.5的浓度从999μg/m³降低到0μg/m³的时间为41min。