纳米技术在空气过滤纤维中的应用与研究

纳米技术在空气过滤材料中的应用与研究

【摘要】：空气过滤材料是利用过滤介质将空气中一定体积的固体物质截留，或者和空气中的杂质发生吸附反应作用，而空气通过介质被净化。在空气过滤材料中运用纳米技术可以有效的提高材料的复合型和功能性。目前纳米技术主要的应用现状集中在纳米纤维和纳米微粒这两个方面，本文主要介绍了这两方面的应用与研究。其中纳米纤维的比表面积大．其所构成的纤维毡孔隙率高，且内部孔隙连通性好，容易与纳米级粒子结合，非常适合用作过滤分离材料；而当一维纳米颗粒大小达到纳米级(0.1nm~l00nm)时，其各种性质(如机械强度、磁、光、声、热等)都将发生变化，并具有辐射、吸收、吸附等许多新性能，可以有效的提高过滤作用的效率。

【关键词】：纳米技术纳米纤维纳米颗粒空气过滤Abstract:Materials for air filtration is the use of filter media is in the air of a certain volume of solids retention, or impurity adsorption reaction occurs and the air, and air is purified through media. Application of nanotechnology in materials for air filtration can improve compound and functional materials. Present application status of nano-technology is mainly concentrated in the nanofibers and nano-particles, these two things, this paper mainly introduces the application and research of these two areas. Of which Nano-fiber’s surface area is larger than others.Its by constitute of fiber felt pore rate high, and internal pore connected sexual good, easy and nano-level particle combination, very for as filter separation material; and When a dimension nano- particles size reached nano-level (0.1nm~l00nm) , its various nature (as machinery strength, and magnetic, and light, and sound, and hot,) are will occurred changes, and has radiation, and absorption, and adsorption,and many other new performance, It can effectively improve efficiency of filtering role .

Keywords: Nanotechnology Nano-fiber nano-particles air filter

一、纳米技术

1 纳米技术的发展及特征

1.1 纳米材料的发展

lnm等于十亿分之一米。纳米技术就是在纳米尺度内研究物质的特性和相互作用，并利用这些特性生产出具有某些特定功能产品的高新技术。回顾历史，我们知道，纳米技术的构想是70年代提出来的。1984年，德国研制成功第一种金属纳米材料。1987年，美国研制成功二氧化钛纳米材料。1990年纳米材料。1990年第一届国际纳米技术会议在美国召开，这标志着纳米技术的诞生。在我国，中科院、清华大学、北京大学等单位已形成了一支从事纳米研究的队伍，我国的纳米基础研究已跻身世界前列。1991年钱学森就提出：“纳米左右及纳米以下的结构是下个阶段科学发展的重点，是一次技术革命，从而将是21世纪的又一次产业革命。”到2005年为止，国内纳米技术应用发展势头较好的行业有精细化、纺织、建筑、轻工、电力、材料工业、涂层、包装。

1.2 纳米材料的特征

1.2.1 表面效应

随着粒子尺寸减小，表面积大大增加，而表面积粒子缺少相邻原子的配位，所以表面能大，极不稳定，很容易与其它原子结合，表现出很高的活性。

1.2.2 小尺寸效应

当粒子的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等特征尺寸相当或更小时，周期性的边界条件将被破坏，在声、光、电磁、热力学等特征方面均会出现新的效应。

1.2.3 量子尺寸效应

当粒子尺寸下降到一定值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象以及纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级．使能隙变宽现象均称之为量子尺寸效应。

1.2.4 宏观量子隧道效应

微观粒子具有贯穿势垒能力，称为隧道效应。宏观量子隧道效应的研究对基础研究和实用都有重要意义。

2 纳米技术在功能纤维中的应用

2.1 抗紫外线

紫外线具有杀菌和促进人体内维生素D合成的作用，但同时亦会加速人体皮肤老化和癌变的可能。近二三十年来，臭氧层不断受到破坏，使紫外辐射强度剧增，太阳光中穿过大气层辐射到地面的紫外线占总能量的6％，它构成对人体健

康的严重威胁。研究表明，纳米TiO

2，ZnO

2

，SiO

2

，Al

2

O

3

，Fe

2

O

3

和纳米云母都具

有吸收紫外线的特征，如果将少量的纳米颗粒添加到化学纤维中，就会产生紫外线吸收现象。

2.2 抗静电

化学纤维在加工和使用过程中，由于静电摩擦带来许多不便，例如，使用过程中产生的静电易吸附灰尘，影响穿着舒适性。特殊行业中，纺织品所带来的静电可能会造成一些安全隐患。纺织生产中．易缠绕胶辊，机器框架等，造成生产困难，工艺难以控制。纳米颗粒为解决化纤静电问题提供了一个新的途径。TiO

2

，

Cr

2O

3

．ZnO，Fe

2

O

3

等具有半导体性质的粉体掺入其中．就会产生良好的静电屏蔽

性能，另外。MgO、ZnO、Fe

2O

3

。等纳米颗粒制成的导电纤维也是解决静电问题的

一个有效方法，而且，这些导电纤维的无色特征使得其后道产品的开发空间更广阔。

2.3 抗菌除味

一些金属粒子如银、铜、铁等，可通过释放出微量的金属离子，与带负电荷的菌体蛋白结合而使细菌变形或沉淀，从而达到杀菌的作用。金属离子中，银离子的抗菌性最好，但是，它对人体的健康有害，这势必会影响了它的出口贸易，使其推广运用受到限制。所以，利用纳米颗粒来完成抗菌除味的作用，是一种有效、安全的方法。纳米级TiO

2

，ZnO，CuO等在空气和水分存在的环境里，自行分解出自由电子并产生带正电荷的空穴，从而达到抗菌消臭的目的。

二、纳米技术在空气过滤材料中的应用

随着科学技术和现代化工业的不断发展，人们也越来越重视室外环境空气质量和室内空气品质，使得空气过滤材料在环境治理中担任着日益重要的角色，对空气过滤材料不论在功能性和复合性都提出了新的要求。

空气过滤材料是利用过滤介质将空气中一定体积的固体物质截留，或者和空气中的杂质发生吸附反应作用，而空气通过介质被净化。在空气过滤材料中，功