溶液喷射纺微纳米纤维过滤膜的微孔调控及其性能研究

发布时间：2020-10-16 17:21

　　 溶液喷射纺丝技术(Solution Blowing)是一种以高速气流为成形驱动力的新型纳米纤维制备技术,具有材料来源广泛、纤维直径小、生产效率高、生产安全便捷等特点,在规模化生产上具有很好前景。本文基于宏量制备纳米纤维的溶液喷射纺丝装置,以水过滤为应用背景,探讨了构建微滤膜及纳滤膜基膜的应用性能。主要内容为:针对纳米纤维过滤膜力学性能差的缺点,设计了微纳米纤维混合的多尺度纤维微滤膜。将低熔点聚酯(LPET)纳米纤维短切分散后与聚酯短纤维经湿法混合、成网、热压,获得混合纤维毡,其中LPET均匀填充在聚酯(PET)纤维孔隙中并部分熔融实现连接。研究表明LPET的填充可有效调控纤维的孔隙结构,平均孔径由55.6μm逐渐下降到15.29 μm;且纤维膜的强力明显增强,当纳米纤维填充量为20 g/11m2时,断裂强度由3.9 MPa提高到11.1 MPa;对5、3、1.3 μtm的聚苯乙烯微球的过滤效率均高于99.9%。针对纳滤膜使用致密、开孔单一的相转化基膜导致过滤通量低的缺点,设计了PA6纳米纤维多孔基膜。经热压处理后,克重为9.4和14.1 g/m2的PA6纳米纤维多孔基膜具有良好的表观结构和机械性能,其平均孔径和孔隙率分别为1.358、1.0624 μm和83.4、85%,且表面光滑适于界面聚合生成超薄活性致密层。过滤结果表明其纯水通量和对Na2SO4过滤效率分别为13.2、13.1 Lm-2h-1和84.7、85.1%。其过滤通量较商用膜具有明显提高,但过滤效果有一定程度减小。为改善纳米纤维多孔基膜的均匀性,论文进一步采用湿法工艺对PA6纳米纤维进行二次成网。与溶液喷射纺纳米纤维膜相比,湿法成网纳米纤维膜在微观均匀性、表面平整度、孔径均匀性和机械性能均有一定程度提高,其中克重为10和14 g/m2的纳米纤维膜综合性能最优,其平均孔径和孔隙率分别为0.6997、0.5843 μtm和80.1、83.7%。作为多孔基膜,湿法成网纳米纤维膜所制备的纳滤膜在表观结构和过滤性能上均优于溶液喷射一步制备纳米纤维基膜,其中1 0和14 g/m2多孔基膜所制备的纳滤膜表面光滑、过滤性能最突出,其纯水通量和对Na2SO4过滤效率分别为10.9、10.4 Lm-2h-1和94.8、96.1%。
【学位单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ051.893;TQ340.64
【部分图文】：

体在高压下通过外部通道喷射。内部通道中的聚合物溶液以恒定速率挤出，在针??尖处由高压气流引起的剪切、牵伸作用下，该液滴被拉伸形成纤维射流，产生沿??气流方向沉积的聚合物纤维（如图１－３）?［７７］。传统熔喷纺丝技术对原料限制较大，??只能应用于加工聚丙烯（ＰＰ）、聚酯（ＰＥＴ）等少数几种具有良好热塑性的聚合??物。而溶液喷射纺丝克服了这一缺陷，具有材料来源广泛、纤维直径小的特点。??目前，已成功实现多种聚合物纳米纤维的制备，例如：聚酰胺（ＰＡ６），聚丙烯??腈（ＰＡＮ），聚醚砜（ＰＥＳ），聚乳酸（ＰＬＡ）和纤维素纳米纤维等。与静电纺丝??技术相比，气流牵伸比静电牵伸更高效，使得该技术具有更高进料速率和生产效??率。同时，该技术没有了高压电场的限制，减少了能源损耗，降低了安全风险，??７??

本课题组于２０１４年参考静电纺丝中的静电分丝、静电吸附的原理，在??常规溶液喷射纺丝设备中引入静电辅助系统，形成静电辅助溶液喷射纺丝技术??（如图１－５），充分发挥静电作用实现纤维均匀分布和紧密堆积，进一步推动了溶??液喷射纺丝技术产业化进程随后，在牵伸风压、纺丝液浓度、感应电压、进??液速度等工艺参数上系统研宄了?ＰＡＮ纳米纤维的成形机理和影响因素，自主设计??新－－代溶液喷射纺丝装置用于ＰＡＮ纳米纤维宏量制备，并研宄了ＰＡＮ纳米纤维在??过滤领域中应用（如图１－６），为该技术工业化发展奠定了一定的基础％。??５气／洛液细流边界??气流汰力＆大气压■中心气压ｐｚ?：??．?－，１?？，??高速气涑？．，??坊技液￥?？＊??气流／？液边界＊??图丨－３溶液喷射纺丝原理图??Ｐｅｒｉｓｔａｌｔｉｃ?Ｐｕｍｐ??▲?ｔ?■—??Ｐｏｌｙｍｅｒ?Ｓｏｌｕｔｋｍ??Ｓｐｍｎｉｎｇ?Ｃａｂｉｎｅｔ??／ＩＩＩ??……．ＩＩ……

２．２．３湿法成网??湿法工艺要求纤维具有一定的长度，因此需先制备纳米纤维分散液。其过程??如图２－１所示，分别称取０．１５７，０．３１４，０．４７１和０．６２８?ｇＬＰＥＴ纳米纤维先搅拌??分散在异丙醇和去离子水的混合溶液中（体积比为１：?１），用液氮对该混合体系??降温至－４?再利用改进的标准纤维解离器对纳米纤维进行剪切和分散，直至纳??米纤维呈均匀分散状态。在制备好的纳米纤维分散液中加入１．８?ｇ的常规ＰＥＴ短??纤维（熔点：２５５?°Ｃ长度：６?ｍｍ），重复使用标准纤维解离器进行混合，直至??ＰＥＴ短纤维和ＬＰＥＴ纳米纤维在体系中能稳定均匀分散。??将制备好的纤维分散液加入纸业成型器中（其成网帘目数为１５０、直径为２０??ｃｍ），当混合体系中的溶液部分完全排除后，获得直径为２０?ｃｍ的纤维毡，用真??空干燥器进行干燥。设置热压温度为１００?°Ｃ、热压压力为５０Ｎ／ｃｍ对干燥后的纤??维毡进行热压形成多尺度纤维微滤膜（ＦＭＦＭ），如图２－１所示。将制备的多尺??度纤维微滤膜分别标记为ＮＦ－５?（０．１５７?ｇ），?ＮＦ－１０?（０．３１４ｇ），ＮＦ－１５?（０．４７１?ｇ）??和ＮＦ－２０?（０．６２８?ｇ），空白对照样标记为ＰＳ－０。??１７??
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 黄千;李静;于俊荣;王彦;诸静;胡祖明;;溶液喷射纺丝制备PMIA/MWNTs纳米纤维的研究（英文）[J];合成纤维工业;2016年06期

2 张方;徐先林;王航;石磊;庄旭品;;聚乙烯亚胺纳米纤维的制备及其胆红素吸附性能研究[J];山东纺织科技;2016年06期

3 王航;庄旭品;董锋;石磊;康卫民;徐先林;程博闻;;溶液喷射纺纳米纤维制备技术及其应用进展[J];纺织学报;2018年07期

4 ;中科院长春应化所成功制备纳米纤维[J];中国粉体工业;2009年04期

5 王良安;庄旭品;晁贵群;徐先林;董锋;;精氨酸改性壳聚糖纳米纤维膜的制备及其BSA亲和吸附性能研究[J];山东纺织科技;2016年06期

6 郭建辉;;“高温喷射流场对纤维素溶液丝条超细拉伸机理研究”项目通过天津市科委验收[J];天津工业大学学报;2013年06期

7 郭建辉;;“高温喷射流场对纤维素溶液丝条超细拉伸机理研究”项目通过天津市科委验收[J];天津工业大学学报;2014年01期

8 聂发文;庄旭品;;溶液喷射纺聚谷氨酸纳米纤维及其性能研究[J];山东纺织科技;2017年01期

9 宋国城;胡祖明;于俊荣;王彦;诸静;;溶液喷射纺丝制备PES-C/PES-CB复合纳米纤维膜[J];工程塑料应用;2019年03期

10 曹雪鸿;王宜;耿浩;胡健;;对位芳纶浆粕形态结构与性能研究[J];中国造纸;2017年02期

相关硕士学位论文 前4条

1 章高凯;溶液喷射纺微纳米纤维过滤膜的微孔调控及其性能研究[D];天津工业大学;2019年

2 王良安;精氨酸改性壳聚糖纳米纤维亲和膜的制备及吸附性能研究[D];天津工业大学;2017年

3 王冉冉;纳米炭纤维的制备、改性及其电化学性能[D];天津工业大学;2017年

4 张方;微纳米纤维的氨基酸修饰及其胆红素吸附性能研究[D];天津工业大学;2017年

本文编号：2843547