本文關(guān)鍵詞：靜電紡絲法制備氧化鋁纖維及其在環(huán)境領(lǐng)域中的應(yīng)用研究

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【摘要】：近年來,水體污染、大氣污染等環(huán)境問題越來越嚴(yán)峻,給人們的健康帶來了越來越多的危害。因此,研究簡單實用的方法制備用于環(huán)境治理的新材料具有重要意義。靜電紡絲法具有設(shè)備簡單、操作方便、環(huán)保、成本低、用途廣泛等特點,可以用于制備多種材料的納米纖維及纖維膜。氧化鋁具有耐高溫、耐腐蝕、導(dǎo)熱率低以及穩(wěn)定性好等一系列優(yōu)點,是一種重要的功能性材料,在污水處理、高溫?zé)焿m過濾等環(huán)境領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。本論文在靜電紡絲法制備氧化鋁納米纖維及其在環(huán)境領(lǐng)域中的應(yīng)用研究方面取得系列進展：制備了介孔納米氧化鋁纖維、氧化硅-氧化鋁核殼結(jié)構(gòu)纖維膜以及柔性氧化鋁纖維膜,研究了所制備的纖維材料在污水處理、工業(yè)煙塵細(xì)粒子過濾領(lǐng)域的相關(guān)性能。1.介孔氧化鋁纖維的制備及其吸附性能研究以Al(NO3)3·9H2O與AlCl3·6H2O為酸性鋁源,異丙醇鋁(Al(O-i-Pr)3)與鋁粉為堿性鋁源,HNO3為催化劑,去離子水為溶劑,80℃下回流攪拌形成透明溶膠。以三嵌段共聚物P123為造孔劑,聚環(huán)氧乙烷PEO為助紡劑,加入上述溶膠中,攪拌均勻,得到紡絲溶液。將紡絲溶液進行靜電紡絲,得到干凝膠纖維。將干凝膠纖維經(jīng)450-600℃煅燒后得到無定形態(tài)介孔Al2O3纖維,纖維的比表面積為264.1m2 g-1；經(jīng)700-900℃煅燒后得到γ-Al2O3介孔纖維,纖維的比表面積為242.6 m2 g-1；經(jīng)1100℃煅燒后,纖維的物相由γ-Al203轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Al2O3,此時氧化鋁晶粒長大,介孔結(jié)構(gòu)消失。煅燒后的介孔氧化鋁纖維直徑均在130-200nm之間。γ-Al2O3介孔纖維對剛果紅染料具有優(yōu)異的吸附性能。經(jīng)700℃煅燒后的γ-Al2O3介孔纖維對剛果紅的最大吸附量為781.25mg g-1。此外,所制備的介孔氧化鋁纖維具有優(yōu)異的耐酸性及良好的循環(huán)使用性能,這有利于纖維在吸附劑等相關(guān)領(lǐng)域的實際應(yīng)用。2.柔性自支撐氧化硅/介孔氧化鋁核殼結(jié)構(gòu)纖維膜的制備及其對剛果紅的吸附性能研究將氧化硅溶膠前驅(qū)體作為核材料,將氧化鋁溶膠前驅(qū)體作為殼層材料,進行同軸靜電紡絲,高溫煅燒之后得到了柔性自支撐氧化硅/介孔氧化鋁核殼結(jié)構(gòu)纖維膜。其中,核殼結(jié)構(gòu)纖維膜中的氧化硅核起到提高膜的機械強度和柔韌性的作用,介孔氧化鋁殼層起到增強纖維膜的吸附性能的作用。所制備的核殼結(jié)構(gòu)纖維膜對剛果紅染料具有較好的吸附能力,并且在使用過程中能夠保持完好的膜形態(tài),這使其在實際應(yīng)用中易于操作和分離回收。經(jīng)700℃煅燒后的核殼結(jié)構(gòu)纖維膜對剛果紅的48h吸附量為115mg g-1。氧化硅/介孔氧化鋁核殼結(jié)構(gòu)纖維膜良好的吸附性能、較高的機械強度、易于回收再生循環(huán)使用的特性以及簡單方便的制備方法使其在環(huán)境治理領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。3.柔性自支撐γ-Al2O3纖維膜的制備及其對亞微米級顆粒物的過濾性能研究以鋁粉與羧酸反應(yīng)制得氧化鋁前驅(qū)體,利用助紡劑PEO調(diào)節(jié)紡絲液的粘度,通過靜電紡絲法制備了氧化鋁干凝膠纖維膜,高溫煅燒之后形成γ-Al203纖維膜。纖維膜由隨機排布的氧化鋁納米纖維組成。纖維直徑約為230nm,且具有較高的長徑比。所制備的γ-Al2O3纖維膜具有自支撐性能、良好的柔韌性、較高的機械強度(2.98MPa)和良好的熱穩(wěn)定性(900℃下結(jié)構(gòu)形態(tài)穩(wěn)定),這有利于纖維膜在高溫環(huán)境下的應(yīng)用。并且,所制備的γ-Al2O3纖維膜對300nm DOP(鄰苯二甲酸二辛酯)具有優(yōu)異的過濾性能。經(jīng)700℃煅燒后的γ-Al203纖維膜,當(dāng)克重為9.28g m-2時,過濾效率為99.848%,壓阻為239.12Pa；當(dāng)纖維膜的克重大于11.36g m-2時,過濾效率高于99.97%。這表明γ-Al203纖維膜在高溫?zé)焿m過濾領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。同時,本部分工作豐富了靜電紡絲法制備自支撐柔性無機纖維膜的種類以及其在分離過濾領(lǐng)域中的應(yīng)用研究。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ343.5

【共引文獻】

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本文編號：1145506