芳纶纳米纤维的制备及其在液体过滤中的应用

摘要

近年来，纳米纤维膜由于具有比表面积大，柔韧性好，孔隙率高等优点，广泛应用于过滤领域。本文利用去质子化法将宏观的芳纶纤维束分散为芳纶纳米纤维，通过 TEM、EDX等手段对表面形貌和表面元素进行了表征分析。然后利用逐层自组装技术将芳纶纳米纤维分别附着在PET非织造布和纤维素纳米纤维膜上形成复合膜，分别对复合膜的表观形貌、表面润湿性能、力学性能以及过滤性能等进行了测试分析。
　　本文的主要研究工作和成果如下：
　　（1）芳纶纤维在DMSO溶液中经过氢氧化钾的去质子化处理，在经过一星期的搅拌后制备得到了微观尺寸的芳纶纳米纤维溶液。经过观察，芳纶纳米纤维直径分布约为8~20 nm。芳纶纳米纤维的结构并没有因为碱液处理而破坏，芳纶纳米纤维仍能保持芳纶纤维的结构性完整。这对于维持纤维的力学性能起到了十分重要的作用。芳纶纳米纤维的热失重特点区别于芳纶纤维，随着温度的升高质量逐渐减少，但仍然具有良好的耐热性能。
　　（2）以聚酯（PET）非织造布为基底，采用逐层自组装方法制备出芳纶纳米纤维/PET非织造布（ANFs/PET）复合膜。该复合膜致密光滑，强力随着芳纶纳米纤维膜层数的增加而增加。此外，PET表面添加ANFs后的亲水性和热稳定性都得到了提高。过滤实验结果表明，复合膜可以有效地去除水中的纳米颗粒。当芳纶纳米纤维膜层数达到12层时，复合膜对粒径为100 nm的Fe3O4颗粒溶液的过滤效率可以达到96％以上，对粒径为10 nm的Au颗粒溶液的过滤效率可以达到90%，而且复合膜的纯水通量也非常大，这表明通过逐层自组装法制备的ANFs/PET复合膜在超微过滤方面有着潜在的应用。
　　（3）采用静电纺丝法得到醋酸纤维素纳米纤维，再经过碱溶液处理后制备的纤维素纳米纤维直径较均匀，纤维空隙较小，且表现出超强的亲水性能。采用逐层自组装方法制备出光滑致密的芳纶纳米纤维/纤维素纳米纤维（ANFs/CNFs）复合膜，该复合膜力学性能优异，重要的是，该复合膜表现出优秀的过滤效果，当芳纶纳米纤维膜层数达到6层时，它对粒径为100 nm的Fe3O4颗粒溶液的过滤效率可以达到99%，对粒径为10 nm的Fe3O4颗粒溶液的过滤效率达到98%。但该复合膜缺点是纯水通量比较小，当芳纶纳米纤维膜层数为6层时，通量仅为21.22 L/(h·m2)。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2芳纶纤维

1.3逐层自组装技术

1.4课题的研究背景、意义及主要内容

第二章 芳纶纳米纤维的制备与表征

2.1实验

2.2样品表征

2.3结果与讨论

2.4本章小结

第三章 ANFs/PET复合膜的制备及过滤性能研究

3.1实验

3.2样品表征：

3.3结果与讨论

3.4本章小结

第四章 ANFs/CNFs复合膜的制备及过滤性能研究

4.1实验

4.2样品表征

4.3结果与讨论

4.4本章小结

第五章 总结与展望

5.1取得的成果

5.2不足与展望

参考文献

攻读学位期间公开发表的论文

致谢