静电纺制备PM2.5空气过滤材料及其性能研究

摘要

空气过滤材料的使用是人们被动应对严重空气污染的一种手段，该材料的过滤效率直接影响个体免受颗料物污染的程度。传统的无纺布过滤材料，纤维直径在微米级，其形成的基材孔径较大，难以达到对细小颗粒物的过滤要求。近年来，纳米纤维过滤材料的制备成为学术界的研究热点，受到产业界的高度关注，并有相关产品受到了人们的青睐。本课题通过静电纺丝技术制备多孔纤维膜材料，对其结构、形貌和过滤性能等进行了研究。 （1）通过静电纺丝技术，以聚丙烯腈（PAN）为静电纺丝原料，N,N-二甲基甲酰胺为溶剂，制备了PAN纳米纤维膜。采用扫描电子显微镜对纤维的结构和形貌进行了观察，采用图形处理软件对膜纤维的直径及其分布进行了统计和分析，设计过滤装置对纤维膜的过滤效率进行了测试。考察了溶液质量分数、外加电压、接收距离及纺丝液的注射速率这四项参数对纤维膜的结构、形貌和过滤效率的影响。结果表明，当PAN纺丝液浓度为6%、外加电压为16 Kv、注射速率为0.5 mL/h、接收距离为12 cm时，所得纤维直径最小，为84.61 nm，当静电纺丝时间为5 h，膜的厚度为102μm时，所得PAN纤维膜材料具有较高的空气过滤效率，为98.5%。 （2）PM2.5颗料污染物通常与空气中的水蒸气共同存在的特点为纤维膜材料的性能要求提供了一定的依据。在PAN纺丝液中加入一定量的聚乙烯吡咯烷酮（PVP），通过静电纺丝技术制备了PAN/PVP复合纤维薄膜,以期利用PVP的强亲水性提高PAN纤维膜的极性。研究PVP的加入对纤维直径和纤维膜形貌的影响，考察PVP的加入量与纤维膜的亲疏水性能之间的关系及其影响纤维膜过滤效率的规律。结果表明，当PVP的加入提高了纤维膜的极性，当用量为PAN质量的12%时，纤维膜的水滴接触角最小，为14.7°，所得PAN/PVP纤维膜具有更好的过滤效率，为99.2%。 研究表明，采用PAN可以制备出过滤性能优异的空气过滤膜材料，提高PAN膜材料的极性有利于提高其过滤效率。

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ABSTRACT

1绪论

1.1引言

1.2空气过滤材料的发展

1.3空气过滤机理

1.4静电纺丝工艺概述

1.4.1静电纺丝技术的发展

1.4.2静电纺丝技术的基本原理

1.4.3静电纺丝技术的影响参数

1.5静电纺丝技术在空气过滤领域的发展与应用

1.5.1空气过滤材料的发展

1.5.2空气过滤材料的应用

1.6本课题的研究意义及内容

1.6.1研究意义

1.6.2研究内容

2.1引言

2.2 实验

2.2.1试剂与仪器

2.2.2聚丙烯腈纺丝溶液的配制

2.2.3聚丙烯腈纳米纤维膜的制备

2.2.4测试及表征

2.3结果与讨论

2.3.1纺丝液质量分数对纤维直径的影响

2.3.2电压对纤维直径的影响

2.3.3接收距离对纤维直径的影响

2.3.4注射速率对纤维直径的影响

2.3.5纤维直径对聚丙烯腈纤维膜孔径和孔隙率的影响

2.3.6纤维直径对过滤性能的影响

2.3.7纤维膜厚度对孔径和孔隙率的影响

2.3.8纤维膜厚度对过滤性能的影响

2.3.9纤维膜厚度对透气性能的影响

2.4小结

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1 实验试剂及仪器

3.2.2 PAN/PVP纺丝溶液的配制

3.2.3 PAN/PVP复合纳米纤维膜的制备

3.2.4 测试与表征

3.3结果与讨论

3.3.1 PAN/PVP复合薄膜红外分析

3.3.2 PVP含量对纤维形貌的影响

3.3.3 PVP含量对纤维膜润湿性能的影响

3.3.4 PVP含量对纤维膜过滤性能的影响

3.4小结

4结论与展望

4.1结论

4.2主要创新点

4.3展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

参加项目

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