静电纺丝纤维膜水力渗透特性研究

发布时间：2020-03-30 15:02

【摘要】：静电纺丝纤维膜具有高孔隙率、较大的比表面积、优良的机械性能等优势,因而得到广泛的研究与应用。目前国内对静电纺丝纤维膜的渗透特性的研究很少,且尚未有无纺纤维膜与类平行纤维膜的对比研究。针对这一问题,本文以制备的聚丙烯腈(PAN)纤维膜和聚偏氟乙烯(PVDF)纤维膜为研究对象,利用实验室自主搭建的水力渗透装置,通过控制纤维膜自身参数和流体的特性参数,对PAN纤维膜的水力渗透特性和PVDF纤维膜的穿透压的影响因素进行了实验研究。首先通过控制纤维膜纺丝过程参数,制备了PAN和PVDF不同质量浓度的无纺纤维膜和类平行纤维膜。并对各类纤维膜的表面形貌、纤维丝直径、孔隙率等参数进行了表征。结果表明纤维膜孔隙相互贯通,纤维丝表面光滑,纤维丝直径在亚微米级,最小直径可达200nm。PAN纤维膜的孔隙率为80%~95%,PVDF纤维膜的孔隙率为70%~85%,且纤维丝直径越小孔隙率越高,类平行纤维膜由于有序的排列结构,孔隙率小于同一直径下的无纺膜孔隙率。其次,选取三种直径、两种结构的PAN与PVDF纤维膜进行水力渗透实验,探究不同的膜参数和去离子水的流速对纤维膜渗透特性的影响。结果表明,水在PAN纤维膜膜孔中流动,纤维丝受到水流的牵引而发生滑移、弯曲与粘连,纤维膜受到压缩,导致孔隙率和渗透性下降;对于PVDF纤维膜,由于PVDF具有疏水性,水进入纤维膜孔需要一定的驱动压力,当压力达到某一值时,水才能穿过纤维膜膜孔,而这个压力值即为LEP(Liquid Entry Pressure)。LEP与PVDF纤维膜的孔直径、纤维丝直径、流体的表面张力有关。最后,通过控制去离子水温度、配制不同质量浓度的NaCl溶液和乙醇溶液,探究了流体的动力粘度和表面张力对纤维膜渗透特性的影响。结果表明,流体动力粘度增加,PAN纤维膜的渗透性提高,实验结果与理论公式一致;对于去离子水,温度升高后水的动力粘度下降,这会降低渗透性,但内能和分子动能增加,水分子在纤维膜孔内扩散速度增加,这会提高渗透性,根据实验结果,渗透性与温度无关;流体表面张力增加,PVDF纤维膜的LEP增加,实验结果与理论公式一致。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ340.64;TQ051.893

【参考文献】