本发明涉及空气净化技术领域，进一步地说，是涉及一种可降解的过滤除菌膜及制备方法。
背景技术
随着现代城市化经济的快速发展，人们对环境造成的污染也日益严重。近年来越来越多的城市出现大面积持续性的雾霾天气，对人们的日常生活和身体健康造成了严重的危害。雾霾天气是一种大气污染状态的统称，其中空气动力学直径小于或等于2.5微米的悬浮物颗粒(pm2.5)是造成雾霾天气的重要原因，而又由于其非常小的直径，难以防范。相较于室外的防护，室内防护也非常重要。但对于居住在雾霾污染城市的居民来说，开窗通风有益身体健康及室内换气，但同时也会将空气中的微小颗粒带入室内，对室内空气造成污染。随着人们生活水平的提高和健康理念的增强，对室内空气的净化也越来越重要。针对室内空气的净化，现在普遍采用的方法是空气净化设备，但这类设备成本较高，同时占用室内空间并消耗电力等能源，不符合绿色低碳的环保理念，同时这也是一种被动防雾霾方式，即它是一种对已经有雾霾污染的室内环境进行净化，不能从根本上主动地防护室内空气的洁净。因此，需要提供一种在雾霾天气下能防止雾霾进入室内的窗纱，这样既能使室内空气与室外流通，又能从根源上防止雾霾中的小颗粒进入室内。为了解决上述问题，本专利发明了一种用于防雾霾纱窗的纳米纤维膜，使其既具有除pm2.5又能高效抗菌，达到迅速净化空气的效果。
此外，据研究调查，近些年，对空气过滤膜的研究发展迅速。空气过滤材料主要由聚丙烯、聚丙烯腈、聚四氟乙烯等塑料的合成纤维制备而成，这给废弃后的产品回收再利用带来困难，处理不当易造成环境污染。同时，空气中的花粉，细菌等也会对居民身体健康产生危害。随着空气过滤膜使用的普遍化，环保型多功能材料将成为空气滤清器市场未来发展的趋势之一。可降解高分子由于成本的优势和强大的功能性促使我们致力于环保级空气滤清材料的研发。
技术实现要素：
为解决现有技术中过滤膜不能从根本上主动地防护室内空气的洁净的问题，本发明提供了一种可降解的过滤除菌膜及制备方法。本发明的可降解的过滤除菌膜由可降解高分子溶液通过静电纺丝法制备而成，同时在制备过程中加入抗菌纳米辅料，具有与空气的接触面积大，吸附及抗菌效率高，并且易回收、无二次污染，可重复利用等优点。
本发明的目的之一是提供一种可降解的过滤除菌膜。
所述过滤除菌膜是由包括以下组分的原料静电纺丝而得，各组分按重量份数计：
可降解高分子材料100重量份；
抗菌纳米辅料1～60重量份；优选5～40重量份；
所述可降解高分子材料为可降解脂肪族聚酯及可降解天然高分子中的一种或组合；所述可降解脂肪族聚酯为聚乳酸、聚己内酯、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚乳酸-己内酯共聚物、聚乳酸-羟基乙酸-己内酯共聚物中的一种或组合。所述可降解天然高分子材料为胶原、明胶、壳聚糖、淀粉、纤维素、弹性蛋白中的一种或组合。
所述抗菌纳米辅料是具有抗菌效应的纳米粒子，可优选为石墨烯、氧化石墨烯、二氧化钛、氧化锌以及fe2o3、cds、wo3中的一种或组合。所述抗菌纳米辅料的粒径范围优选为1-100nm。
所述可降解的过滤除菌膜的纤维直径为10-1000nm，膜的厚度为10um-100um，纤维膜孔隙率为65～90％，孔径为10-5000nm，优选10-2500nm。本发明的这两种材料静电纺丝，制备超薄的纳米纤维网络，具有微纳米级小孔，既能透气，又能阻挡pm2.5透过薄膜，实现室内新鲜干净的空气交换；由于超薄，还有一定的透光性，保持室内敞亮。
本发明的目的之二是提供一种可降解的过滤除菌膜的制备方法。
包括：
(1)将可降解高分子材料溶于溶剂中，配制质量浓度为0.04-0.2g/ml的溶液c；
所述溶剂为可以溶解可降解高分子材料的溶剂，如：去离子水，三氟乙醇、二氯甲烷等。
(2)向溶液c中加入所述用量的抗菌辅料，搅拌均匀，得到溶液d；
(3)用溶液d进行静电纺丝，制得所述可降解的过滤除菌膜。
其中，优选：
步骤(3)中，滚筒转动速率为100-600rpm，纺丝液流动速率为0.5-10ml/h,电压7-20kv，接收距离8-30cm。纺丝时间5～30min。
本发明所述的过滤除菌膜可以用于制备口罩、纱窗、空气净化器及其滤芯。本发明的优点：
1，本发明制得的可降解高效空气过滤膜对pm2.5、pm10的过滤效率可以达到98％以上，同时具备一定的透光性，并可通过调整膜厚度满足对透光性及过滤效率的要求。
2，本发明的原料以可降解高分子为主，具有很好的人体安全性，同时，很容易被降解回收，不污染环境。
3，该可降解的过滤杀菌膜经加工可用于口罩、纱窗、空气净化器等多种用途，安全可靠，成本低。同时，制备方法简单，对设备要求不高，生产成本低，可进行规模化生产，并且得到的空气过滤膜杀菌净化效果好，吸附力强，具有良好的市场前景。
附图说明
图1实施例2制备的纳米纤维膜的微观结构；
图2市售谷奇防雾霾纱窗的微观结构图；
图3实施例2制备的纤维膜上吸附的雾霾颗粒；
图4实施例2制备的纳米粒子在纤维中分布；
图5实施例2制备的纳米纤维膜的抑菌效果。
具体实施方式
下面结合实施例，进一步说明本发明。
实施例中所用原料均为市售。
雾霾过滤效率和初始空气阻力测试参考gb2626-2006。
实施例1
(1)将聚乳酸溶于二甲基甲酰胺与二氯甲烷(质量比3:1)的混合溶剂中，室温磁力搅拌12h，搅拌均匀，得到聚乳酸质量浓度为0.1g/ml的聚乳酸纺丝溶液c；
(2)将粒径100nm的二氧化钛粒子加入步骤(1)聚乳酸溶液中，二氧化钛粒子添加量为聚乳酸质量的40％，磁力搅拌6h搅拌均匀得到溶液d；
(3)用溶液d进行静电纺丝，以不锈钢滚筒为接收装置，滚筒转动速率为100rpm，纺丝液流动速率为0.5ml/h，电压7kv，接收距离30cm，纺丝5min，制备厚度10μm的电纺丝纤维膜；
(4)步骤(3)制备的聚乳酸纳米纤维膜的孔隙率为90％，纤维直径为10nm，纤维孔径2500nm，经过检测聚乳酸纳米纤维膜的的pm2.5初始过滤效率为98％，初始空气阻力为20pa。
实施例2
(1)将聚乳酸溶于二甲基甲酰胺与二氯甲烷(质量比3:1)的混合溶剂中，室温磁力搅拌12h，搅拌均匀，得到聚乳酸质量浓度为0.2g/ml的聚乳酸纺丝溶液c；
(2)将片尺寸10nm的石墨烯超声分散在二甲基甲酰胺与二氯甲烷(质量比3:1)的混合溶剂中，然后加入步骤(1)聚乳酸溶液中，石墨烯的添加量为聚乳酸质量的1％，磁力搅拌12h搅拌均匀得到溶液d；
(3)用溶液d进行静电纺丝，以不锈钢滚筒为接收装置，滚筒转动速率为600rpm，纺丝液流动速率为5ml/h，电压20kv，接收距离15cm，纺丝30min，制备厚度100μm的电纺丝纤维膜；
(4)步骤(3)制备的聚乳酸纳米纤维膜的孔隙率为65％，纤维直径为300nm，纤维孔径10nm，经过检测聚乳酸纳米纤维膜的pm2.5初始过滤效率为99％，初始空气阻力为32pa。
实施例3
(1)将聚乙烯醇溶于去离子水中，室温磁力搅拌8h，搅拌均匀，得到聚乙烯醇质量浓度为0.05g/ml的聚乙烯醇纺丝溶液c；
(2)将粒径50nm的cds和粒径100nm的氧化锌分别加入步骤(1)所得的聚乙烯醇溶液中，纳米cds的添加量为聚乙烯醇质量的5％，纳米氧化锌的添加量为聚乙烯醇质量的15％，磁力搅拌6h搅拌均匀得到溶液d；
(3)用溶液d进行静电纺丝，以不锈钢滚筒为接收装置，滚筒转动速率为300rpm，纺丝液流动速率为2ml/h，电压16kv，接收距离10cm，纺丝15min，制备厚度50μm的电纺丝纤维膜；
(4)步骤(3)制备的聚乳酸纳米纤维膜的孔隙率为80％，纤维直径为500nm，纤维孔径500nm，经过检测聚乙烯醇纳米纤维膜的pm2.5初始过滤效率为98.5％，初始空气阻力为28pa。
实施例4
(1)将聚乙烯醇溶于去离子水中，室温磁力搅拌8h，搅拌均匀，得到聚乙烯醇质量浓度为0.15g/ml的聚乙烯醇纺丝溶液c；
(2)将片尺寸30nm的氧化石墨烯超声分散在水中，然后加入步骤(1)聚乙烯醇溶液中，氧化石墨烯的添加量为聚乳酸质量的5％，磁力搅拌24h搅拌均匀得到溶液d；
(3)用溶液d进行静电纺丝，以不锈钢滚筒为接收装置，滚筒转动速率为600rpm，纺丝液流动速率为8ml/h，电压14kv，接收距离20cm，纺丝10min，制备厚度20μm的电纺丝纤维膜；
(4)步骤(3)制备的聚乳酸纳米纤维膜的孔隙率为85％，纤维直径为1000nm，纤维孔径1500nm，经过检测聚乙烯醇纳米纤维膜的pm2.5初始过滤效率为98.5％，初始空气阻力为24pa。
实施例5
(1)将明胶溶于去离子水中，60℃下磁力搅拌6h，搅拌均匀，得到明胶质量浓度为0.1g/ml的明胶纺丝溶液c；
(2)将粒径100nm的氧化锌和粒径100nm的wo3加入步骤(1)所得的明胶溶液中，纳米氧化锌和wo3的添加量均为为明胶质量的5％，磁力搅拌10h搅拌均匀得到溶液d；
(3)用溶液d进行静电纺丝，以不锈钢滚筒为接收装置，滚筒转动速率为200rpm，纺丝液流动速率为10ml/h，电压20kv，接收距离10cm，制备厚度80μm的电纺丝纤维膜；
(4)步骤(3)制备的聚乳酸纳米纤维膜的孔隙率为70％，纤维直径为800nm，纤维孔径100nm，经过检测聚乙烯醇纳米纤维膜的pm2.5初始过滤效率为99.5％，初始空气阻力为30pa。
实施例6
(1)将等量的明胶和聚己内酯溶于三氟乙醇中，室温下磁力搅拌8h，搅拌均匀，得到明胶和聚己内酯的质量浓度均为0.05g/ml的混合明胶/聚己内酯纺丝溶液c；
(2)将粒径100nm的fe2o3加入步骤(1)所得的明胶/聚己内酯溶液中，纳米fe2o3的添加量为明胶/聚己内酯质量的30％，磁力搅拌10h搅拌均匀得到溶液d；
(3)用溶液d进行静电纺丝，以不锈钢滚筒为接收装置，滚筒转动速率为400rpm，纺丝液流动速率为8ml/h，电压7kv，接收距离8cm，纺丝13min，制备厚度40μm的电纺丝纤维膜；
(4)步骤(3)制备的聚乳酸纳米纤维膜的孔隙率为75％，纤维直径为100nm，纤维孔径300nm，经过检测聚乙烯醇纳米纤维膜的pm2.5初始过滤效率为98.3％，初始空气阻力为25pa。
对比图1和图2，可以发现，我们的静电纺丝膜的孔隙率远高于谷奇的防雾霾纱窗，故透气性也更好；并且，我们的静电纺丝膜的纤维孔径也比谷奇的防雾霾纱窗小，因此，能够阻挡颗粒更小的pm2.5。从图3可发现，本发明的静电纺丝纤维膜能够高效的拦截pm2.5粒子。图4可以发现，本发明的石墨烯片层成功分散在纤维内部。图5可以发现抑菌圈比较大，说明本发明的静电纺丝纤维膜能够有效抑制细菌滋生。