EVOH纳米纤维复合膜制备及性能研究

发布时间：2017-11-02 08:32

  本文关键词：EVOH纳米纤维复合膜制备及性能研究

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【摘要】：纳米纤维膜材料由于直径细化所致孔径小、孔隙率高、相互贯通孔隙结构等优点,是一种颇具潜力的过滤材质,在其表面引入功能组分制备复合膜,可以有效改善膜的孔径结构、亲水性及力学性能,拓展其在液体过滤领域的应用。本课题经熔融共混挤出过程中的相分离行为和分散-成膜过程制备乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)纳米纤维膜,分别采用涂覆法和沉积法对其表面进行处理制得EVOH纳米纤维复合膜,系统研究了EVOH纳米纤维膜及其复合膜的基本结构性能及过滤性能。首先,在课题组已有EVOH纳米纤维制备基础上,以聚对苯二甲酸乙二酯(PET)无纺布为基材,经分散-成膜过程制备单位面积纳米纤维质量可控的EVOH纳米纤维膜,对其结构性能进行分析,结果表明:随着单位面积纳米纤维质量增加,膜的孔隙率先增加后趋于稳定;接触角减小,亲水性改善;孔径减小且分布变窄;力学性能增强;水通量逐渐降低,但仍处于一个较高水平,且均高于参照膜。单位面积纳米纤维质量为16 g·m-2时,EVOH纳米纤维膜对二氧化钛(Ti O2)悬浮液的截留率可达99%以上,且在低压过滤条件下拥有高过滤通量。其次,在EVOH纳米纤维膜表面涂覆不同浓度的壳聚糖(CS)溶液制备CS/EVOH纳米纤维复合膜,当CS溶液浓度为1.5 wt%时,可在纳米纤维膜表面形成一层完整的超薄CS涂层,进一步增加溶液浓度,CS涂层厚度增加。与EVOH纳米纤维膜相比,复合膜的孔径明显减小,孔径分布变窄;力学性能有效提升;水通量大幅降低,增大压力可提高复合膜水通量,但提高幅度有限。复合膜对油水乳液过滤效果显著,截留率均在90%以上;CS涂覆液浓度为2 wt%,膜干燥温度为50°C时所制备复合膜对油水乳液过滤性能最佳,截留率可达99.2%。随着过滤进行,复合膜过滤通量降低、过滤阻力增加,膜自身阻力和膜孔堵塞与吸附阻力为复合膜的主要过滤阻力。最后,在EVOH纳米纤维膜表面沉积纳米纤维素晶(NCC)制备NCC/EVOH纳米纤维复合膜,沉积的NCC仅填充表层纳米纤维间的空隙,不影响纳米纤维层连续的孔结构。随着复合膜中NCC含量增加,膜的亲水性明显改善;孔径减小且孔径分布更加集中;力学性能也略有提升;水通量降低并逐渐趋于稳定,一定范围内,增大压力可有效提高复合膜水通量。NCC/EVOH纳米纤维复合膜对油水乳液的截留率均在90%以上,最高可达99.5%,远高于EVOH纳米纤维膜和参照膜。随着过滤时间延长,复合膜的过滤通量下降、过滤阻力增加,沉积层阻力是复合膜的主要过滤阻力,可通过及时清洗减少膜污染、提高过滤通量。与涂覆法相比,沉积法制备的复合膜亲水性更好,对油水乳液过滤性能更佳,在实际使用时具有更高的过滤效率。
【关键词】：EVOH 纳米纤维膜 孔径分布 水通量 过滤性能
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ051.893
【目录】：

• 摘要6-8
• abstract8-12
• 第一章 绪论12-23
• 1.1 引言12
• 1.2 膜分离技术12-14
• 1.2.1 膜分离技术简介12-13
• 1.2.2 膜分离技术在水处理领域的应用13-14
• 1.3 纳米纤维研究进展14-18
• 1.3.1 纳米纤维简介14
• 1.3.2 纳米纤维制备方法14-17
• 1.3.3 纳米纤维应用领域17-18
• 1.4 纳米纤维膜在液体过滤领域的应用研究进展18-21
• 1.4.1 纳米纤维滤膜18-19
• 1.4.2 纳米纤维基复合滤膜19-21
• 1.5 本课题研究内容与意义21-23
• 第二章 EVOH纳米纤维膜制备和性能研究23-39
• 2.1 引言23
• 2.2 实验部分23-27
• 2.2.1 实验材料23-24
• 2.2.2 实验仪器24
• 2.2.3 样品制备24-25
• 2.2.4 测试与表征25-27
• 2.3 结果与讨论27-38
• 2.3.1 EVOH纳米纤维及纳米纤维膜的形态结构27-28
• 2.3.2 EVOH纳米纤维膜的红外分析28-29
• 2.3.3 EVOH纳米纤维膜的孔隙率与接触角29-30
• 2.3.4 EVOH纳米纤维膜的比表面积30-31
• 2.3.5 EVOH纳米纤维膜的孔径及分布31-33
• 2.3.6 EVOH纳米纤维膜的力学性能33-34
• 2.3.7 EVOH纳米纤维膜的水通量34-35
• 2.3.8 EVOH纳米纤维膜过滤TiO2悬浮液35-38
• 2.4 本章小结38-39
• 第三章 CS/EVOH纳米纤维复合膜制备和性能研究39-55
• 3.1 引言39
• 3.2 实验部分39-42
• 3.2.1 实验材料39-40
• 3.2.2 实验仪器40
• 3.2.3 样品制备40
• 3.2.4 测试与表征40-42
• 3.3 结果与讨论42-54
• 3.3.1 CS/EVOH纳米纤维复合膜的形态结构42-44
• 3.3.2 CS/EVOH纳米纤维复合膜的红外光谱44
• 3.3.3 CS/EVOH纳米纤维复合膜的接触角44-46
• 3.3.4 CS/EVOH纳米纤维复合膜的孔径及孔径分布46
• 3.3.5 CS/EVOH纳米纤维复合膜的力学性能46-47
• 3.3.6 CS/EVOH纳米纤维复合膜的水通量47-48
• 3.3.7 CS/EVOH纳米纤维复合膜过滤油水乳液48-53
• 3.3.8 CS/EVOH纳米纤维复合膜的过滤阻力53-54
• 3.4 本章小结54-55
• 第四章 NCC/EVOH纳米纤维复合膜制备和性能研究55-71
• 4.1 引言55
• 4.2 实验部分55-57
• 4.2.1 实验材料55-56
• 4.2.2 实验仪器56
• 4.2.3 样品制备56
• 4.2.4 测试与表征56-57
• 4.3 结果与讨论57-69
• 4.3.1 NCC/EVOH纳米纤维复合膜的形态结构57-59
• 4.3.2 NCC/EVOH纳米纤维复合膜的红外光谱59-60
• 4.3.3 NCC/EVOH纳米纤维复合膜的接触角60-61
• 4.3.4 NCC/EVOH纳米纤维复合膜的孔径及孔径分布61-62
• 4.3.5 NCC/EVOH纳米纤维复合膜的力学性能62-63
• 4.3.6 NCC/EVOH纳米纤维复合膜的水通量63-64
• 4.3.7 NCC/EVOH纳米纤维复合膜过滤油水乳液64-68
• 4.3.8 NCC/EVOH纳米纤维复合膜的过滤阻力68-69
• 4.4 本章小结69-71
• 第五章 结论71-72
• 参考文献72-80
• 攻读硕士学位期间发表学术论文目录80-81
• 致谢81

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本文编号：1130811