高效低阻PAN静电纺微纳米滤膜制备与性能研究

发布时间：2017-07-21 00:10

  本文关键词：高效低阻PAN静电纺微纳米滤膜制备与性能研究

  更多相关文章： 静电纺 PAN纳米纤维膜 气体过滤 油水分离 过滤机理

【摘要】：近年来,空气污染和水污染问题严重,蔓延世界各大城市,如PM2.5(俗称雾霾)和石油泄漏。PM2.5粒径小,富含大量的有毒、有害物质,对人体健康和环境质量影响大。含油污水来源十分广泛,如石油化工、开采、机械加工、皮革、纺织、食品等行业,且排放量大,若直接排入水体,对自然生态平衡危害极大。传统空气过滤技术存在过滤效率低、寿命低等难题。静电纺纳米纤维膜比表面积大、孔隙率高、制备过程简单等优点,纺制一定厚度的均匀纳米膜因其高滤效的特点迅速引起人们的关注并很快应用到过滤方面。但目前为止,纳米膜的过滤阻力大、产量低、性能优势不显著、理论研究少等问题,极大的限制了其在过滤方面的应用。本文主要针对以上问题展开研究。首先研究采用单针头纺丝装置和结构接收模板制备高效低阻空气过滤材料的方法。PAN以其易纺、纤维细度均匀和结构均匀蓬松等优点被选为纺丝材料。分别选择凸起泡沫结构、纸面压花结构、铝箔作为模板,研究了模板结构、纺丝时间和优化结构对纳米膜过滤性能的影响。研究结果表明:采用凸起泡沫作为接收装置,纺丝时间为8~10 h时,纳米膜堆积密度低,质量因子高,纳米膜的平均孔径约为3.5μm,因此PAN纳米膜过滤阻力从151.7 mmH2O下降至28.7 mmH2O,过滤效率从97.32%下降至95.55%;在凸起泡沫间隙加入细纱线时可以有效提高pan纳米纤维膜的均匀性,纳米膜的过滤效率提高至96.33%,过滤阻力从287pa下降至247pa。其次,本文研究了纳米纤维空气过滤膜的产业化生产。采用本课题组研发的三维自由液面静电纺丝装置,产量为20~25g/h,选用pan作为纺丝材料,分别研究了距离、电压、溶液量、接收滚筒的转速、横移速度、温湿度、孔径等参数对纳米膜过滤性能的影响。将制备的高效低阻纳米膜制备成口罩及过滤膜产品,并研究产品过滤性能、透气透湿、强力、直径和孔径分布等性能。研究结果表明:溶液量约为50~60ml、滚筒转速约为30~40r/s,横移速度为800cm/min,电压为60~68kv,距离为15cm,平均孔径为2~3μm时,纳米膜的过滤效率可达95~99.56%,过滤阻力为100~250pa,透气率约为300l·m-2·s-1,透湿性为9.6~13m2·pa·w-1,强力在50n左右,直径为50~300nm,孔径为0~3μm,满足美国标准(noish)、欧盟标准(en149),中国标准(gb2626-2006)。接着,本文对高效低阻静电纺pan纳米纤维膜气体过滤机理进行分析。分别研究了溶液性质、纳米纤维取向度和nacl气溶胶流速对纳米纤维膜过滤性能的影响;分析纳米纤维膜过滤机理,静电效应、惯性沉积和重力沉积、扩散效应和拦截效应;建立非稳态过滤效率数学模型和过滤阻力数学模型,并与试验拟合结果比较分析。结果表明:pan溶液黏度为1200cp时,是纺丝溶液的较佳使用状态;转速对纳米膜的过滤性能影响不大,但影响产品性质;随着nacl气溶胶流速的增加,纳米纤维膜的过滤效率逐渐减小,过滤阻力逐渐增加。惯性沉积、扩散效应和拦截效应是纳米纤维膜的高过滤效率的主要过滤机理。静电纺纳米纤维膜过滤效率拟合公式为:h()-=dtcbta)exp(exp-100,过滤阻力拟合公式为:V。最后,为拓展纳米膜应用领域,本文研究了高强力纳米纤维膜制备工艺和应用。通过对比几种常见水处理材料,找出纳米材料的优劣势,然后分别采用改变纳米膜厚度、加盐、改变接收滚筒转速和热轧与平板热粘合方式来提高纳米膜强力,最后将制备得到的高强力纳米膜应用于含油污水过滤领域。研究结果表明:热轧与平板热黏合方式制备的静电纺纳米膜/非织造布复合膜的强度为50~60 N,断裂伸长率为50%~75%,约是不经过处理纳米膜强力的60倍,强度约是其的10~20倍,是提高纳米膜强力的有效方式。且平板热黏合纳米膜乳化油截留率高达98.56%,高于PVDF商品超滤膜的97%,水接触角约为50~70°,因此纯水通量为4,004 L/(m2·h),在水处理方面具有巨大的应用潜力。
【关键词】：静电纺 PAN纳米纤维膜 气体过滤 油水分离 过滤机理
【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5-8
• ABSTRACT8-14
• 1 绪论14-26
• 1.1 引言14-16
• 1.1.1 常用过滤材料14-15
• 1.1.2 微纳米膜过滤材料15-16
• 1.2 国内外关于纳米纤维膜在过滤领域的研究现状16-22
• 1.2.1 降低静电纺纳米纤维膜过滤阻力的研究16-17
• 1.2.2 静电纺纳米纤维气体过滤膜产业化的研究17-18
• 1.2.3 静电纺纳米纤维膜强力的研究18-20
• 1.2.4 静电纺纳米纤维膜的过滤机理分析20-22
• 1.3 研究目标、研究内容、研究意义和创新点22-26
• 1.3.1 研究目标22-23
• 1.3.2 研究内容23-24
• 1.3.3 研究意义24
• 1.3.4 创新点24-26
• 2 稀疏结构PAN纳米膜的制备研究26-38
• 2.1 实验部分26-27
• 2.1.1 实验仪器26
• 2.1.2 实验材料26
• 2.1.3 聚合物纺丝液的制备和静电纺丝26-27
• 2.1.4 测试27
• 2.2 实验结果与分析27-35
• 2.2.1 接收模板的选择28-31
• 2.2.2 纺丝时间的选择31-32
• 2.2.3 优化模板结构32-35
• 2.3 本章结论35-38
• 3 采用伞状静电纺丝喷头批量化制备静电纺纳米纤维气体过滤材料38-48
• 3.1 实验部分38-40
• 3.1.1 实验仪器38
• 3.1.2 实验材料38-39
• 3.1.3 聚合物纺丝液的制备和静电纺丝39
• 3.1.4 测试39-40
• 3.2 实验结果与分析40-46
• 3.2.1 工艺选择40-42
• 3.2.1.1 溶液量对纳米膜过滤性能的影响40
• 3.2.1.2 溶液量对纳米膜过滤性能的影响40-41
• 3.2.1.3 孔径与纳米膜过滤性能41
• 3.2.1.4 孔径与纳米膜过滤性能41-42
• 3.2.2 应用42-46
• 3.3 本章结论46-48
• 4 高效低阻静电纺PAN纳米纤维膜气体过滤机理分析48-62
• 4.1 试验部分48-49
• 4.1.1 试验仪器与试验材料48
• 4.1.2 聚合物溶液的制备和静电纺丝48
• 4.1.3 纳米纤维膜的性能测试48-49
• 4.2 实验结果与分析49-59
• 4.2.1 影响纳米纤维膜过滤性能的因素分析49-51
• 4.2.2 纳米纤维膜过滤机理分析51-52
• 4.2.3 纳米纤维膜非稳态过滤效率数学模型52-57
• 4.2.4 纳米纤维膜过滤阻力数学模型57-58
• 4.2.5 纳米纤维膜加载过滤阻力58-59
• 4.3 本章结论59-62
• 5 高强力静电纺PAN纳米纤维膜的制备与研究62-72
• 5.1 试验部分62-64
• 5.1.1 试验仪器与试验材料62
• 5.1.2 聚合物溶液的制备和静电纺丝62-63
• 5.1.3 纳米纤维膜的SEM及孔径测试63
• 5.1.4 纳米纤维膜的热轧和平板热黏合处理63
• 5.1.5 纳米纤维膜的强力测试63
• 5.1.6 纳米纤维膜对含油污水的过滤性能测试63-64
• 5.2 实验结果与分析64-71
• 5.2.1 纳米纤维膜含油污水过滤与强力测试64-65
• 5.2.2 几种提高纳米纤维膜强力方式65-69
• 5.2.3 热轧与平板热黏合方式制备的高强力纳米膜应用69-71
• 5.3 本章结论71-72
• 6 总结与展望72-74
• 6.1 课题总结72-73
• 6.2 课题展望73-74
• 攻读硕士学位期间的研究成果74-76
• 致谢76-78
• 参考文献78-86
• 附录86

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 周文辉;卢春华;尹晓斐;王海娟;杨黄浩;王小如;;活性/可控自由基聚合制备分子印迹纳米膜[J];福州大学学报(自然科学版);2008年02期

2 刘斌杰;杨阳阳;林平;齐新;闫雪松;;金属纳米膜的局域力学性质[J];材料导报;2012年02期

3 杨智;;纳米膜扩增手指感觉效能[J];科学;2012年06期

4 王梁;程先华;;稀土纳米膜的制备及摩擦学性能[J];上海交通大学学报;2006年02期

5 宋德锋;李恒;;片状金属铝粉表面耐高温纳米膜包覆技术[J];技术与市场;2009年12期

6 张中义;吴新侠;杨晓娟;孟令艳;史嘉良;;高静水压协同下脂肪酶自组装纳米膜制备与表征[J];中国食品学报;2012年05期

7 ;科技博览[J];石河子科技;2011年01期

8 安茂忠;栾野梅;乐士儒;张文吉;;银纳米膜的电化学制备方法及性能表征[J];应用光学;2006年01期

9 周华;亓永;程先华;;单晶硅表面稀土复合纳米膜的制备与摩擦特性[J];摩擦学学报;2009年03期

10 熊杰;杨q，

本文编号：570606