一种在绝缘非织造材料表面沉积纳米颗粒的方法
【专利摘要】一种借助纳米颗粒电泳过程和非织造材料拦截效应将纳米颗粒组装到绝缘非织造材料表面的方法。首先将纳米颗粒分散在水中，通过超声波分散处理得到纳米颗粒分散液。再将绝缘的非织造材料置于纳米颗粒分散液中，并使其处于连接直流电场的正负极之间。接通电源后，带负电性或正电性的纳米颗粒在水溶液中受电场的作用，由电场的一极向另外一极移动，并受到非织造材料表面及内部纤维的阻拦。依靠非织造材料的拦截与吸附作用实现了纳米颗粒在非织造材料表面组装。该方法具有应用范围广、操作简单、成本低等优点。
【专利说明】一种在绝缘非织造材料表面沉积纳米颗粒的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于复合材料的制备【技术领域】，特别涉及一种复合非织造过滤材料的制备 方法。
【背景技术】
[0002] 非织造材料表面纤维分布杂乱，孔隙结构较多，对颗粒物有很好的拦截和筛分作 用，是一种新型过滤材料。但现有的非织造过滤材料对空气中的小粒径颗粒物的过滤效果 不太理想，存在过滤精度与过滤阻力互相制约的问题。将具有高吸附性能的石墨烯等纳米 颗粒组装到非织造材料表面，可以在不增加过滤阻力的情况下提高过滤材料的过滤精度。
[0003] 纳米材料（例如石墨烯、碳纳米管、纳米二氧化钛、纳米二氧化硅等）具有高比表 面积、高机械强度、易于修饰等优势，可以很好的吸附和脱附各种分子、原子和颗粒物。因 此，将石墨烯等纳米材料组装到过滤材料表面以增强其过滤性能具有较好的应用前景。目 前，将微观的纳米颗粒引入到宏观的非织造材料表面具有多种方法，最常用的是浸渍法和 喷涂法。然而，浸渍和喷涂法是利用简单的物理吸附，存在纳米颗粒容易脱落，且纳米颗粒 在非织造材料表面分布不均等缺点。除上述方法外，电泳沉积法也是比较常用的在织物或 非织造材料表面沉积纳米颗粒的方法，但该方法要求织物或非织造材料自身必须为导体， 且需要将织物或非织造材料作为电极的一极。对于非导电的织物或非织造材料则无法应 用，这就大大限制了该方法的使用范围。
[0004] 本发明利用纳米颗粒在直流电场正负极之间的电泳现象以及非织造材料的过滤 效应，提出了一种在绝缘非织造材料表面组装纳米颗粒的方法。
【发明内容】
[0005] 配置浓度为1. 0 X ΚΓ5?1. Omg/ml的纳米颗粒（如氧化石墨烯或羧基化碳纳米管 等）水溶液，超声分散一定时间，得到分散均匀的悬浮液。
[0006] 将两块连接直流电源正负极的导体，置于纳米颗粒的分散液中，绝缘非织造材料 置于正负极之间。功能化处理后的石墨烯或碳纳米管等纳米颗粒表面含有丰富的羟基、羧 基或氨基等官能团，在水溶液中呈现电负性或电正性，在1?1000V直流电场的作用下，纳 米颗粒由一极向另一极移动，受到非织造材料的阻拦，非织造材料作为"滤网"将纳米颗粒 拦截在其纤维表面，实现了纳米颗粒在非织造材料表面的组装。处理1?60min后取出干 燥。
[0007] 本发明的特色在于：以往的电泳沉积技术只适用于导电材料，而一般的织物或非 织造材料均是非导体。本方法提供的纳米材料沉积技术针对非导电非织造材料，具有广泛 的应用范围。该方法还具有操作简便，成本低，绿色环保等优点。
【具体实施方式】
[0008] 下面结合具体实施例对本发明提供的绝缘非织造材料表面组装纳米颗粒的方法 进行详细说明。
[0009] 实施例1 :
[0010] 将〇. lg的氧化石墨粉末分散在1000ml去离子水中，超声分散1小时，再用超声波 细胞粉碎仪处理30min，得到0. lmg/ml分散均勻的氧化石墨烯水溶液。
[0011] 将两块不锈钢薄板分别连接直流电源的正负极，置于装满氧化石墨烯水溶液电泳 槽两侧。将聚酯针刺非织造材料置于正负极之间并固定，距正极约lcm，距负极6cm。给极 板施加12V的直流电压，通电时间5min。关闭电源，取出非织造材料，干燥即得表面组装了 氧化石墨烯的聚酯复合非织造材料。
[0012] 实施例2:
[0013] 将2g混酸氧化处理的碳纳米管分散在2000ml去离子水中，超声分散1小时，得到 1. Omg/ml分散均勻的氧化碳纳米管水溶液。
[0014] 将两块不锈钢薄板分别连接直流电源的正负极，置于装满氧化碳纳米管水溶液电 泳槽两侧。将丙纶熔喷非织造材料置于正负极之间，距正极约2cm，距负极15cm，并固定。施 加60V的直流电压，通电时间20min。关闭电源，取出非织造材料，干燥即得表面组装了氧化 碳纳米管的丙纶复合非织造材料。
[0015] 实施例3:
[0016] 将l〇mg氨基功能化处理的二氧化钛纳米颗粒分散在500ml去离子水中，超声分散 2小时，得到0. 02mg/ml分散均匀的二氧化钛水溶液。
[0017] 将两块不锈钢薄板分别连接直流电源的正负极，置于装满二氧化钛水溶液的电泳 槽两侧。将氨纟仑非织造材料置于正负极之间，距正极约30cm，距负极3cm，并固定。施加200V 的直流电压，通电时间50min。关闭电源，取出非织造材料，干燥即得表面组装了二氧化钛纳 米颗粒的氨纶复合非织造材料。
【权利要求】
1. 一种在绝缘非织造材料表面沉积纳米颗粒的方法，其特征在于包含以下步骤： 配置含纳米颗粒的水溶液，将电极置于含纳米颗粒溶液的装置中，绝缘的非织造材料 置于两个电极之间，将电极分别接通直流电源的正负极，通电处理一定时间后，取出非织造 材料并干燥。
2. 根据权利要求1所述的一种在绝缘非织造材料表面沉积纳米颗粒的方法，其特征在 于沉积基体为绝缘的非织造材料，包括聚酯、丙纶、氨纶等非织造材料。
3. 根据权利要求1所述的一种在绝缘非织造材料表面沉积纳米颗粒的方法，其特征 在于纳米颗粒为功能化石墨烯、碳纳米管和二氧化钛等，纳米颗粒在水溶液中的浓度为
1. Ο X 10 5 ?1. Omg/ml。
4. 根据权利要求1所述的一种在绝缘非织造材料表面沉积纳米颗粒的方法，其特征在 于电泳沉积所用电源为直流电源，电压为1?1000V，沉积时间为1?60min。
【文档编号】C25D13/12GK104152971SQ201410384066
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月1日 优先权日:2014年8月1日
【发明者】徐志伟, 焦昆艳, 吴凡, 钱晓明, 陈磊, 田旭, 滕堃玥, 焦亚男 申请人:天津工业大学