本文關(guān)鍵詞：高效低阻PAN靜電紡微納米濾膜制備與性能研究

  更多相關(guān)文章： 靜電紡 PAN納米纖維膜 氣體過濾 油水分離 過濾機(jī)理

【摘要】：近年來,空氣污染和水污染問題嚴(yán)重,蔓延世界各大城市,如PM2.5(俗稱霧霾)和石油泄漏。PM2.5粒徑小,富含大量的有毒、有害物質(zhì),對(duì)人體健康和環(huán)境質(zhì)量影響大。含油污水來源十分廣泛,如石油化工、開采、機(jī)械加工、皮革、紡織、食品等行業(yè),且排放量大,若直接排入水體,對(duì)自然生態(tài)平衡危害極大。傳統(tǒng)空氣過濾技術(shù)存在過濾效率低、壽命低等難題。靜電紡納米纖維膜比表面積大、孔隙率高、制備過程簡單等優(yōu)點(diǎn),紡制一定厚度的均勻納米膜因其高濾效的特點(diǎn)迅速引起人們的關(guān)注并很快應(yīng)用到過濾方面。但目前為止,納米膜的過濾阻力大、產(chǎn)量低、性能優(yōu)勢不顯著、理論研究少等問題,極大的限制了其在過濾方面的應(yīng)用。本文主要針對(duì)以上問題展開研究。首先研究采用單針頭紡絲裝置和結(jié)構(gòu)接收模板制備高效低阻空氣過濾材料的方法。PAN以其易紡、纖維細(xì)度均勻和結(jié)構(gòu)均勻蓬松等優(yōu)點(diǎn)被選為紡絲材料。分別選擇凸起泡沫結(jié)構(gòu)、紙面壓花結(jié)構(gòu)、鋁箔作為模板,研究了模板結(jié)構(gòu)、紡絲時(shí)間和優(yōu)化結(jié)構(gòu)對(duì)納米膜過濾性能的影響。研究結(jié)果表明:采用凸起泡沫作為接收裝置,紡絲時(shí)間為8~10 h時(shí),納米膜堆積密度低,質(zhì)量因子高,納米膜的平均孔徑約為3.5μm,因此PAN納米膜過濾阻力從151.7 mmH2O下降至28.7 mmH2O,過濾效率從97.32%下降至95.55%;在凸起泡沫間隙加入細(xì)紗線時(shí)可以有效提高pan納米纖維膜的均勻性,納米膜的過濾效率提高至96.33%,過濾阻力從287pa下降至247pa。其次,本文研究了納米纖維空氣過濾膜的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。采用本課題組研發(fā)的三維自由液面靜電紡絲裝置,產(chǎn)量為20~25g/h,選用pan作為紡絲材料,分別研究了距離、電壓、溶液量、接收滾筒的轉(zhuǎn)速、橫移速度、溫濕度、孔徑等參數(shù)對(duì)納米膜過濾性能的影響。將制備的高效低阻納米膜制備成口罩及過濾膜產(chǎn)品,并研究產(chǎn)品過濾性能、透氣透濕、強(qiáng)力、直徑和孔徑分布等性能。研究結(jié)果表明:溶液量約為50~60ml、滾筒轉(zhuǎn)速約為30~40r/s,橫移速度為800cm/min,電壓為60~68kv,距離為15cm,平均孔徑為2~3μm時(shí),納米膜的過濾效率可達(dá)95~99.56%,過濾阻力為100~250pa,透氣率約為300l·m-2·s-1,透濕性為9.6~13m2·pa·w-1,強(qiáng)力在50n左右,直徑為50~300nm,孔徑為0~3μm,滿足美國標(biāo)準(zhǔn)(noish)、歐盟標(biāo)準(zhǔn)(en149),中國標(biāo)準(zhǔn)(gb2626-2006)。接著,本文對(duì)高效低阻靜電紡pan納米纖維膜氣體過濾機(jī)理進(jìn)行分析。分別研究了溶液性質(zhì)、納米纖維取向度和nacl氣溶膠流速對(duì)納米纖維膜過濾性能的影響;分析納米纖維膜過濾機(jī)理,靜電效應(yīng)、慣性沉積和重力沉積、擴(kuò)散效應(yīng)和攔截效應(yīng);建立非穩(wěn)態(tài)過濾效率數(shù)學(xué)模型和過濾阻力數(shù)學(xué)模型,并與試驗(yàn)擬合結(jié)果比較分析。結(jié)果表明:pan溶液黏度為1200cp時(shí),是紡絲溶液的較佳使用狀態(tài);轉(zhuǎn)速對(duì)納米膜的過濾性能影響不大,但影響產(chǎn)品性質(zhì);隨著nacl氣溶膠流速的增加,納米纖維膜的過濾效率逐漸減小,過濾阻力逐漸增加。慣性沉積、擴(kuò)散效應(yīng)和攔截效應(yīng)是納米纖維膜的高過濾效率的主要過濾機(jī)理。靜電紡納米纖維膜過濾效率擬合公式為:h()-=dtcbta)exp(exp-100,過濾阻力擬合公式為:V。最后,為拓展納米膜應(yīng)用領(lǐng)域,本文研究了高強(qiáng)力納米纖維膜制備工藝和應(yīng)用。通過對(duì)比幾種常見水處理材料,找出納米材料的優(yōu)劣勢,然后分別采用改變納米膜厚度、加鹽、改變接收滾筒轉(zhuǎn)速和熱軋與平板熱粘合方式來提高納米膜強(qiáng)力,最后將制備得到的高強(qiáng)力納米膜應(yīng)用于含油污水過濾領(lǐng)域。研究結(jié)果表明:熱軋與平板熱黏合方式制備的靜電紡納米膜/非織造布復(fù)合膜的強(qiáng)度為50~60 N,斷裂伸長率為50%~75%,約是不經(jīng)過處理納米膜強(qiáng)力的60倍,強(qiáng)度約是其的10~20倍,是提高納米膜強(qiáng)力的有效方式。且平板熱黏合納米膜乳化油截留率高達(dá)98.56%,高于PVDF商品超濾膜的97%,水接觸角約為50~70°,因此純水通量為4,004 L/(m2·h),在水處理方面具有巨大的應(yīng)用潛力。
【關(guān)鍵詞】：靜電紡 PAN納米纖維膜 氣體過濾 油水分離 過濾機(jī)理
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ051.893
【目錄】：

• 摘要5-8
• ABSTRACT8-14
• 1 緒論14-26
• 1.1 引言14-16
• 1.1.1 常用過濾材料14-15
• 1.1.2 微納米膜過濾材料15-16
• 1.2 國內(nèi)外關(guān)于納米纖維膜在過濾領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀16-22
• 1.2.1 降低靜電紡納米纖維膜過濾阻力的研究16-17
• 1.2.2 靜電紡納米纖維氣體過濾膜產(chǎn)業(yè)化的研究17-18
• 1.2.3 靜電紡納米纖維膜強(qiáng)力的研究18-20
• 1.2.4 靜電紡納米纖維膜的過濾機(jī)理分析20-22
• 1.3 研究目標(biāo)、研究內(nèi)容、研究意義和創(chuàng)新點(diǎn)22-26
• 1.3.1 研究目標(biāo)22-23
• 1.3.2 研究內(nèi)容23-24
• 1.3.3 研究意義24
• 1.3.4 創(chuàng)新點(diǎn)24-26
• 2 稀疏結(jié)構(gòu)PAN納米膜的制備研究26-38
• 2.1 實(shí)驗(yàn)部分26-27
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)儀器26
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)材料26
• 2.1.3 聚合物紡絲液的制備和靜電紡絲26-27
• 2.1.4 測試27
• 2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析27-35
• 2.2.1 接收模板的選擇28-31
• 2.2.2 紡絲時(shí)間的選擇31-32
• 2.2.3 優(yōu)化模板結(jié)構(gòu)32-35
• 2.3 本章結(jié)論35-38
• 3 采用傘狀靜電紡絲噴頭批量化制備靜電紡納米纖維氣體過濾材料38-48
• 3.1 實(shí)驗(yàn)部分38-40
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)儀器38
• 3.1.2 實(shí)驗(yàn)材料38-39
• 3.1.3 聚合物紡絲液的制備和靜電紡絲39
• 3.1.4 測試39-40
• 3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析40-46
• 3.2.1 工藝選擇40-42
• 3.2.1.1 溶液量對(duì)納米膜過濾性能的影響40
• 3.2.1.2 溶液量對(duì)納米膜過濾性能的影響40-41
• 3.2.1.3 孔徑與納米膜過濾性能41
• 3.2.1.4 孔徑與納米膜過濾性能41-42
• 3.2.2 應(yīng)用42-46
• 3.3 本章結(jié)論46-48
• 4 高效低阻靜電紡PAN納米纖維膜氣體過濾機(jī)理分析48-62
• 4.1 試驗(yàn)部分48-49
• 4.1.1 試驗(yàn)儀器與試驗(yàn)材料48
• 4.1.2 聚合物溶液的制備和靜電紡絲48
• 4.1.3 納米纖維膜的性能測試48-49
• 4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析49-59
• 4.2.1 影響納米纖維膜過濾性能的因素分析49-51
• 4.2.2 納米纖維膜過濾機(jī)理分析51-52
• 4.2.3 納米纖維膜非穩(wěn)態(tài)過濾效率數(shù)學(xué)模型52-57
• 4.2.4 納米纖維膜過濾阻力數(shù)學(xué)模型57-58
• 4.2.5 納米纖維膜加載過濾阻力58-59
• 4.3 本章結(jié)論59-62
• 5 高強(qiáng)力靜電紡PAN納米纖維膜的制備與研究62-72
• 5.1 試驗(yàn)部分62-64
• 5.1.1 試驗(yàn)儀器與試驗(yàn)材料62
• 5.1.2 聚合物溶液的制備和靜電紡絲62-63
• 5.1.3 納米纖維膜的SEM及孔徑測試63
• 5.1.4 納米纖維膜的熱軋和平板熱黏合處理63
• 5.1.5 納米纖維膜的強(qiáng)力測試63
• 5.1.6 納米纖維膜對(duì)含油污水的過濾性能測試63-64
• 5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析64-71
• 5.2.1 納米纖維膜含油污水過濾與強(qiáng)力測試64-65
• 5.2.2 幾種提高納米纖維膜強(qiáng)力方式65-69
• 5.2.3 熱軋與平板熱黏合方式制備的高強(qiáng)力納米膜應(yīng)用69-71
• 5.3 本章結(jié)論71-72
• 6 總結(jié)與展望72-74
• 6.1 課題總結(jié)72-73
• 6.2 課題展望73-74
• 攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果74-76
• 致謝76-78
• 參考文獻(xiàn)78-86
• 附錄86

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 周文輝;盧春華;尹曉斐;王海娟;楊黃浩;王小如;;活性/可控自由基聚合制備分子印跡納米膜[J];福州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2008年02期

2 劉斌杰;楊陽陽;林平;齊新;閆雪松;;金屬納米膜的局域力學(xué)性質(zhì)[J];材料導(dǎo)報(bào);2012年02期

3 楊智;;納米膜擴(kuò)增手指感覺效能[J];科學(xué);2012年06期

4 王梁;程先華;;稀土納米膜的制備及摩擦學(xué)性能[J];上海交通大學(xué)學(xué)報(bào);2006年02期

5 宋德鋒;李恒;;片狀金屬鋁粉表面耐高溫納米膜包覆技術(shù)[J];技術(shù)與市場;2009年12期

6 張中義;吳新俠;楊曉娟;孟令艷;史嘉良;;高靜水壓協(xié)同下脂肪酶自組裝納米膜制備與表征[J];中國食品學(xué)報(bào);2012年05期

7 ;科技博覽[J];石河子科技;2011年01期

8 安茂忠;欒野梅;樂士儒;張文吉;;銀納米膜的電化學(xué)制備方法及性能表征[J];應(yīng)用光學(xué);2006年01期

9 周華;亓永;程先華;;單晶硅表面稀土復(fù)合納米膜的制備與摩擦特性[J];摩擦學(xué)學(xué)報(bào);2009年03期

10 熊杰;楊q，

本文編號(hào)：570606