本发明涉及一种三维结构过滤织物及其制备方法，属于过滤材料技术领域。
背景技术：
随着工业发展，空气污染和水体污染较为严重。在一些重工业企业中，高温废气中酸性或碱性气体对空气质量影响很大。因此，过滤网，过滤毡和过滤织物等滤材的研究和应用都比较广泛。用于过滤气体或液体中杂物的纺织品。有湿滤和干滤两类。分离液体中的固体颗粒称湿滤，大多用于化工、油漆、染料、颜料、石油、陶瓷、制糖和食品等工业。净化空气、分离气体中的尘埃和烟雾称干滤，大多用于冶金、采矿、化工和电站等方面。机织物和丝网一般适于湿滤，其中表面平滑的织物，易于清除滤渣，适用于固体物质的回收。针刺毡型无纺织布适于干滤，尤其适宜净化空气。过滤织物有棉斜纹布、毛毡、丝绢和金属丝网等多种。丙纶不受一般化学品腐蚀，不霉不蛀，但不耐高温，丙纶短纤维经针刺制成的毡大多用于净化空气、废水处理和制造粘胶纤维时的过滤等方面。聚四氟乙烯耐高温、耐辐射又耐各种化学药品腐蚀，涂有聚四氟乙烯的玻璃布可用于过滤烟道气、放射性尘埃和腐蚀性化学品。此外，不绣钢丝网可用于过滤高聚物熔体和汽油等物质，也是重要的过滤织物。也有采用静电纺等方法将纳米纤维混入纤维或织物中以提高过滤效果。但是以上的过滤织物还是存在力学性能较弱或者不耐高温等缺点。
技术实现要素：
本发明所要解决的问题是：现有现有过滤织物力学性能较弱或不耐高温的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种三维结构过滤织物，其特征在于，包括由经纱和纬纱组成的上、下面纱层及由间隔纱组成的介于上、下面纱层之间的间隔层，间隔层与上、下面纱层之间填充有过滤材料。
优选地，所述经纱、纬纱、间隔纱为芳纶，玻璃纤维，碳纤维、涤纶、锦纶、氨纶、维纶、棉纤维或麻纤维。
更优选地，所述经纱、纬纱的密度为2～50根/厘米，间隔纱的密度为2～50根/厘米。
优选地，所述过滤材料为碳纳米管膜、碳纳米管纱线或石墨烯纱线。
优选地，所述过滤材料为未经处理的原材料或经化学试剂修饰过的材料。
本发明还提供了上述三维结构过滤织物的制备方法，其特征在于，织造上、下面纱层，每层面纱层包括两层经纱和一层纬纱，然后采用两组间隔纱相互交织将上、下面纱层捆绑成为一个整体；控制间隔纱的高度，同时将填充物织入中空间隔层中；织造完毕后将三维织物浸入膨松剂与相容剂的混合溶液中，混合溶液浸入填充物内部分解产生的气泡具有微爆破作用，使得填充物结构逐渐疏松膨胀填满整个三维中空结构，从而制得三维结构过滤织物。
采用具有中空间隔层的三维间隔织物作为过滤织物的载体，为蓬松后的碳管材料过滤层提供容纳空间和力学支撑，并对蓬松的碳纳米管起到一定的密封作用。所述的三维间隔机织物，也可以采用三维间隔针织物，三维编织物或者其它结构的三维织物结构。
优选地，所述间隔纱的高度由隔距片来控制或采用定伸长送经纱的方式控制。
优选地，混合溶液中，所述相容剂为乙醇溶液、丙酮溶液或二氯甲烷溶液；膨松剂为质量浓度为10～70％的过氧化氢溶液、质量浓度为10～15％的稀硫酸与金属锌粉末以重量比20：1的比例混合的混合物或质量浓度为8～12％的稀硝酸于亚硫酸钠以重量比20：1的比例混合的混合物。
相容剂有助于进入碳纳米管集合体内部，膨松剂可产生微气泡。二者的混合溶液可以进入碳纳米管膜内部并产生微泡，实现碳管膜的间隙调控，二者缺一不可。
过滤材料中碳纳米管之间的孔隙可以由混合溶液的种类、成分比重、浓度、作用时间和温度等因素控制。
本发明采用三维间隔织物作为骨架支撑材料，为蓬松后的碳管材料提供容纳空间和力学支撑。将具有自支撑结构的碳纳米管膜织入三维间隔织物的间隔层，采用过氧化氢与乙醇的混合溶液对碳纳米管薄膜进行蓬松处理，利用过氧化氢在分解过程中产生的气体使碳纳米管膜结构的孔径得到调控，从而实现对三维结构过滤织物的过滤特性进行调控。因此本发明获得的三维结构过滤织物用于气体过滤织物，也可以用于重金属吸附和液体过滤领域。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明的三维结构过滤织物有间隔织物作为骨架材料，具有质量轻，冲击性能好、结构稳定的优点；
(2)本发明的三维结构过滤织物采用蓬松处理后的碳管材料作为过滤层，过滤层中碳纳米管之间的孔隙可以通过蓬松处理进行调节，以满足不同过滤要求。
(3)本发明的三维结构过滤织物可用于气体过滤，也可以用于重金属吸附和液体过滤领域。
(4)本发明的三维结构过滤织物制备过程一体成型，制作工艺简单、成本低，适合产业化生产。
附图说明
图1为本发明制得的三维结构过滤织物的示意图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
实施例1
一、三维结构液体过滤织物
选择涤纶纤维作为经纱1、纬纱3和间隔纱2，细度均为200tex。在三维箭杆织机上织造，在织造过程中使用隔距片来控制间隔纱2高度。采用多梭口的织造方式，使用多动程的气缸作为传动机构，控制综框的升降来控制经纱的运动，使用剑杆机构引纬。经纬密分别为20根/厘米，织物设计宽度为40厘米，长度40厘米。隔距片为长为50厘米，高5毫米，宽度1毫米的铝箔板。过滤材料4采用碳纳米管膜(苏州捷迪纳米材料有限公司)长度40厘米，宽度5毫米，厚度10微米。
二、制备方法
(1)通过三维织造的方法织造的三维间隔织物结构：
将经纱1共四层分为两组分别穿入装有双眼综丝的综框，纬纱3分为两层穿入多层箭杆引纬装置，间隔纱2分为两层穿入普通综框。通过多动程气缸带动综框交替运动，实现经纱1和间隔纱2的织造；通过隔距片控制间隔纱高度，通过多层剑杆将纬纱3和碳纳米管膜引入织物中；通过步进电机卷取，完成一个织造循环。根据实际需要，通过控制织造循环数来控制织物的长度。当织造40厘米的长度后，织物织造完毕。
(2)三维结构过滤织物蓬松处理
将所织造的三维结构过滤织物放入质量浓度为50％过氧化氢溶液与质量浓度为99％的乙醇的混合溶液中，在50℃的环境中放置3小时，实现填充材料的蓬松化处理，取出后在80℃环境中烘干25分钟后，即制得三维结构液体过滤织物。
该织物的上下表层为一级过滤层，中间碳纳米管填充层为二级过滤层；经测试得：过滤织物强度220MPa，纯水通量：50-150L/(m2·h)，对废液污染物颗粒的过滤效率98以上％。
实施例2
一、耐高温三维结构液体过滤织物
选择芳纶纤维作为经纱1、纬纱3和间隔纱2，细度均为300tex。在三维箭杆织机上织造，在织造过程中使用隔距片来控制间隔纱2高度。采用多梭口的织造方式，使用多动程的气缸作为传动机构，控制综框的升降来控制经纱1的运动，使用剑杆机构引纬。经纬密分别为18根/厘米，织物设计宽度为40厘米，长度40厘米。隔距片为长为50厘米，高5毫米，宽度1毫米的铝箔板。过滤材料4采用碳纳米管膜(苏州捷迪纳米材料有限公司)长度40厘米，宽度5毫米，厚度10微米。
二、制备方法
(1)通过三维织造的方法织造的三维间隔织物结构：
将经纱1共四层分为两组分别穿入装有双眼综丝的综框，纬纱3分为两层穿入多层箭杆引纬装置，间隔纱2分为两层穿入普通综框。通过多动程气缸带动综框交替运动，实现经纱1和间隔纱2的织造；通过隔距片控制间隔纱2高度，通过多层剑杆将纬纱3和碳纳米管膜引入织物中；通过步进电机卷取，完成一个织造循环。根据实际需要，通过控制织造循环数来控制织物的长度。当织造40厘米的长度后，织物织造完毕。
(2)三维结构过滤织物蓬松处理
将所织造的三维结构过滤织物放入质量浓度为50％过氧化氢溶液与质量浓度为99％的乙醇的混合溶液中，在50℃的环境中放置2小时，实现填充材料的蓬松化处理，取出后在80℃环境中烘干25分钟后，即制得耐高温三维结构液体过滤织物。
该织物的上下表层为一级过滤层，中间碳纳米管填充层为二级过滤层；经测试得：过滤织物强度1.2GPa，在80-100摄氏度污水处理情况下，通量：50-150L/(m2·h)，对废液污染物颗粒的过滤效率98以上％。
实施例3
一、高强度三维结构液体过滤织物
选择芳纶纤维作为经纱1、纬纱3和间隔纱2，细度均为200tex。在三维箭杆织机上织造，在织造过程中使用隔距片来控制间隔纱2高度。采用多梭口的织造方式，使用多动程的气缸作为传动机构，控制综框的升降来控制经纱1的运动，使用剑杆机构引纬。经纬密分别为20根/厘米，织物设计宽度为40厘米，长度40厘米。隔距片为长为50厘米，高5毫米，宽度1毫米的铝箔板。碳纳米管膜(苏州捷迪纳米材料有限公司)长度40厘米，宽度5毫米，厚度10微米。
二、制备方法
(1)通过三维织造的方法织造的三维间隔织物结构：
将经纱1共四层分为两组分别穿入装有双眼综丝的综框，纬纱3分为两层穿入多层箭杆引纬装置，间隔纱2分为两层穿入普通综框。通过多动程气缸带动综框交替运动，实现经纱1和间隔纱2的织造；通过隔距片控制间隔纱2高度，通过多层剑杆将纬纱和碳纳米管膜引入织物中；通过步进电机卷取，完成一个织造循环。根据实际需要，通过控制织造循环数来控制织物的长度。当织造40厘米的长度后，织物织造完毕。
(2)三维结构过滤织物蓬松处理
将所织造的三维结构过滤织物放入质量浓度为50％的过氧化氢溶液与质量浓度为99％的乙醇的混合溶液中，在50℃的环境中放置2小时，实现填充材料的蓬松化处理，取出后在80℃环境中烘干25分钟后，即制得高强度三维结构液体过滤织物。
该织物的上下表层为一级过滤层，中间碳纳米管填充层为二级过滤层；经测试得：过滤织物强度1.2GPa，通量：50-150L/(m2·h)，对废液污染物颗粒的过滤效率98以上％。