發(fā)布時(shí)間：2017-09-13 02:10

  本文關(guān)鍵詞：超疏水靜電紡絲纖維膜的制備及膜蒸餾性能研究

  更多相關(guān)文章： 靜電紡絲 納米纖維 超疏水 靜電噴霧 膜蒸餾 PVDF

【摘要】：目前阻礙膜蒸餾技術(shù)應(yīng)用的最大問(wèn)題是膜通量低、易發(fā)生親水性泄漏。靜電紡絲納米纖維膜孔隙率高、易于調(diào)控膜結(jié)構(gòu),在膜蒸餾應(yīng)用上具有巨大的潛力。本研究以聚偏氟乙烯(PVDF)為基本制膜材料,以靜電紡絲法為基本制膜方法。首先探索和優(yōu)化了靜電紡絲法制備PVDF納米纖維膜的制備條件,進(jìn)一步受到荷葉超“疏水效應(yīng)”的啟發(fā),開(kāi)發(fā)了兩種新的制備超疏水膜的方法：PVDF/silica混合靜電紡絲法和靜電噴霧／紡絲同步制膜法,分別制備出了超疏水PVDF/silica復(fù)合納米纖維膜和三維多孔超疏水膜,探索了主要制膜條件對(duì)膜性能的影響。主要研究結(jié)果如下：(1)考察了不同聚合物濃度、溶劑組成、紡絲電壓、接收距離和滾筒轉(zhuǎn)速對(duì)PVDF膜形貌結(jié)構(gòu)的影響。研究表明,增加PVDF濃度,可以減少“珠串”和“紡錘,,結(jié)構(gòu),增大纖維直徑；在溶劑二甲基甲酰胺(DMAc)中加入丙酮,可以使“珠串”結(jié)構(gòu)消失,纖維直徑分布均勻。升高紡絲電壓,纖維的直徑先減少后增大。當(dāng)接收距離低于5 cm,纖維出現(xiàn)嚴(yán)重溶并,增大接收距離,可使纖維直徑變細(xì)。當(dāng)滾筒轉(zhuǎn)速低于500 rpm時(shí),纖維膜結(jié)構(gòu)蓬松；而當(dāng)轉(zhuǎn)速增大到2200 rpm時(shí),纖維取向性增大,網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)弱化。對(duì)所制備的純PVDF膜進(jìn)行膜蒸餾測(cè)試,結(jié)果表明：膜通量隨跨膜溫差和流速的提高而增大,隨厚度增大而下降,隨測(cè)試時(shí)間增長(zhǎng)而衰減。(2)以PVDF和納米二氧化硅(silica)為紡絲材料,通過(guò)混合靜電紡絲法一步制備出了超疏水PVDF/silica復(fù)合納米纖維膜。研究發(fā)現(xiàn),納米二氧化硅的添加可以提高纖維平均直徑和膜的疏水性,當(dāng)添加量大于PVDF的40%時(shí),復(fù)合膜具有超疏水性,原因是納米二氧化硅在纖維的表面形成了次級(jí)凸出結(jié)構(gòu),有利于在膜和液體間形成“氣囊”,提高了疏水性。當(dāng)納米二氧化硅添加量低于PVDF質(zhì)量的40%時(shí),纖維的抗拉強(qiáng)度達(dá)到3.18 MPa,遠(yuǎn)高于純PVDF膜(1.5 MPa)。和純PVDF納米纖維膜相比,復(fù)合膜的通量、出水水質(zhì)和運(yùn)行穩(wěn)定性都有所提高。綜合考慮納米二氧化硅對(duì)復(fù)合膜性能的影響,取其添加量為PVDF質(zhì)量的40%時(shí)為最優(yōu)劑量。(3)將納米二氧化硅分散在DMAc中作為噴霧液,以PVDF/DMAc作為紡絲液,采用靜電噴霧／紡絲同步法制備出了三維多孔超疏水膜。在納米二氧化硅濃度為10 wto%且對(duì)噴霧液超聲分散3h的條件下,所制備的膜接觸角可達(dá)162°,滾動(dòng)角小至3.6°。膜蒸餾測(cè)試發(fā)現(xiàn),三維多孔超疏水膜比表面超疏水膜的具有更高的抗?jié)櫇裥?歸因于其表面和內(nèi)層都具有三維超疏水結(jié)構(gòu),在表面被潤(rùn)濕以后,膜內(nèi)層又可以形成新的氣-液-固疏水界面,從而有效的阻止液體向內(nèi)層潤(rùn)濕。三維多孔超疏水膜通量高達(dá)32 L h-m-2,出水水質(zhì)低于4μS cm-1,且在150小時(shí)的測(cè)試內(nèi)運(yùn)行穩(wěn)定,同時(shí)該膜的油水分離效率高達(dá)95.5%,說(shuō)明該膜在膜蒸餾和油水分離上均很大的應(yīng)用潛力。
【關(guān)鍵詞】：靜電紡絲 納米纖維 超疏水 靜電噴霧 膜蒸餾 PVDF
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ051.893;X703
【目錄】：

• 摘要4-5
• abstract5-10
• 第1章 緒論10-26
• 1.1 脫鹽技術(shù)研究及進(jìn)展10-11
• 1.1.1 熱法脫鹽10-11
• 1.1.2 膜法脫鹽11
• 1.1.3 離子交換法脫鹽11
• 1.2 膜蒸餾技術(shù)概述11-17
• 1.2.1 膜蒸餾技術(shù)及其分類12-14
• 1.2.2 膜蒸餾過(guò)程的主要機(jī)理14-16
• 1.2.3 膜蒸餾技術(shù)的主要特點(diǎn)16-17
• 1.3 MD膜的特點(diǎn)與基本制備方法17-20
• 1.3.1 MD膜的主要特點(diǎn)17-19
• 1.3.2 MD膜的制備材料19
• 1.3.3 傳統(tǒng)制膜工藝19-20
• 1.4 靜電紡絲法制備MD膜的研究進(jìn)展20-23
• 1.4.1 靜電紡絲技術(shù)基本原理20
• 1.4.2 靜電紡絲過(guò)程的影響因素20-21
• 1.4.3 靜電紡絲法制備MD膜的研究進(jìn)展21-23
• 1.5 研究思路、研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新性23-26
• 1.5.1 本文研究思路23-24
• 1.5.2 本文研究?jī)?nèi)容24-25
• 1.5.3 創(chuàng)新性25-26
• 第2章 靜電紡絲PVDF纖維膜制備及膜蒸餾影響因素研究26-39
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料及方法26-30
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)材料26-27
• 2.1.2 試驗(yàn)方法27-28
• 2.1.3 分析項(xiàng)目及方法28-30
• 2.2 靜電紡絲PVDF膜制備影響因素研究30-35
• 2.2.1 聚合物濃度對(duì)膜形貌和結(jié)構(gòu)的影響30-31
• 2.2.2 溶劑成分對(duì)膜形貌和結(jié)構(gòu)的影響31-32
• 2.2.3 電壓對(duì)膜形貌和結(jié)構(gòu)的影響32-33
• 2.2.4 接收距離對(duì)膜形貌和結(jié)構(gòu)的影響33-34
• 2.2.5 滾筒轉(zhuǎn)速對(duì)膜形貌和結(jié)構(gòu)的影響34-35
• 2.3 膜蒸餾影響因素研究35-38
• 2.3.1 原料液流速對(duì)膜初始通量的影響35-36
• 2.3.2 原料液溫度對(duì)膜初始通量的影響36
• 2.3.3 膜厚度對(duì)膜初始通量的影響36-37
• 2.3.4 運(yùn)行時(shí)間對(duì)膜性能的影響37-38
• 2.4 本章小結(jié)38-39
• 第3章 混合靜電紡絲法制備超疏水PVDF/silica納米纖維復(fù)合膜及其性能研究39-55
• 3.1 實(shí)驗(yàn)材料及方法39-42
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)材料39-40
• 3.1.2 試驗(yàn)方法40-41
• 3.1.3 分析項(xiàng)目及方法41-42
• 3.2 結(jié)果與討論42-54
• 3.2.1 膜的形貌和結(jié)構(gòu)42-44
• 3.2.2 膜的疏水性及機(jī)理分析44-48
• 3.2.3 力學(xué)性能48-50
• 3.2.4 膜蒸餾性能50-52
• 3.2.5 和其他膜的比較52-54
• 3.3 本章小結(jié)54-55
• 第4章 靜電噴霧/紡絲同步法制備三維多孔超疏水膜及其性能研究55-71
• 4.1 實(shí)驗(yàn)材料及方法55-58
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)材料55-56
• 4.1.2 試驗(yàn)方法56-57
• 4.1.3 分析項(xiàng)目及方法57-58
• 4.2 結(jié)果與討論58-69
• 4.2.1 膜的形貌和結(jié)構(gòu)58-60
• 4.2.2 膜的疏水性60-64
• 4.2.3 膜蒸餾性能64-66
• 4.2.4 抗?jié)櫇裥詸C(jī)理66-68
• 4.2.5 除油性能研究68-69
• 4.3 本章小結(jié)69-71
• 第5章 結(jié)論與建議71-73
• 5.1 結(jié)論71-72
• 5.2 建議72-73
• 參考文獻(xiàn)73-81
• 致謝81-82
• 攻讀碩士期間公開(kāi)發(fā)表的論文與研究成果82

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本文編號(hào)：840893