聚砜微纳米纤维的制备及其吸油性能的研究

摘要

随着海上石油生产和运输的快速增长，全球石油及石油产品泄漏事故频繁发生，最终将引起严重的生态灾难。因此，如何清理水中有机污染物成为全球亟待解决的问题。但是目前所使用的油污吸附材料的缺陷和不足，如吸油量倍率、制备方法复杂、油水分离性差，物理机械性能差等，设计出能够高性能吸附水面油污的吸附材料，具有巨大意义。
　　本文中以聚砜（PSF）为原料制备吸油材料，采用静电纺丝工艺制备了不同浓度的聚砜微纳米纤维膜，在此基础上通过向 PSF聚合物溶液中加入聚偏氟乙烯颗粒以增强力学性能，最后采用多喷头混合纺丝以及多层复合纺丝作为对比，测试了材料的拉伸性能以及吸油性能。主要内容归纳如下：
　　1.利用静电纺丝一步法制备不同质量分数的聚砜纤维膜，进行扫描电子显微镜、BET比表面积与孔径分布、接触角、吸油倍率、保油率和油水分离等表征测试。结果表明：随PSF/DMF溶液浓度增大，纤维中的珠状物逐渐消失，平均直径增大，纤维间孔隙逐渐变大，纤维的孔径主要分布在10至100 nm；水的接触角在131°-140°范围内；PSF纤维膜对菜籽油和机油的初始吸油倍率最高可达到37 g/g和50 g/g，对机油的保油率高达75％，同时具有良好的浮力与疏水亲油性。2.以PSF和PVDF为原料，用静电纺丝法制备了PSF/PVDF复合纤维膜，探究了纺丝溶液中 PSF和 PVDF的质量比对纺丝结果的影响。随PVDF含量的增大，纤维直径不匀率减小，复合纤维膜的孔隙率减小，复合纤维膜的断裂强度增加，其中PSF/PVDF质量比为3/7的纤维膜断裂强度达到1.01 MPa。复合纤维膜对水的接触角随着PVDF含量的增大而呈现减小的趋势；复合纤维膜对菜籽油和机油的初始最高吸油倍率分别为47.32 g/g和52.13 g/g，复合纤维膜中PVDF含量越高，纤维膜的保油率越好，但吸油倍率会相应降低。
　　3.采用多喷头平行混合纺丝技术以及单喷头多层复合纺丝技术,研究不同聚合物溶液的喷头比例对纤维膜表面形貌、表面润湿性、吸油性能以及拉伸强度的影响。利用多喷头混合纺丝技术，在 PSF纤维膜中混入PVDF纤维，所获得的复合纤维膜的蓬松性降低。相比纯纺 PSF纤维膜，多喷头混纺的纤维膜的断裂应力、断裂伸长率都有较大的提高，尤其是断裂伸长率的增加最高可达到50倍。复合纤维膜中PVDF含量越高，纤维膜的保油率越好，其中聚合物溶液喷头的比例为2/1、1/1/、1/2制备的PSF/PVDF复合纤维膜对菜籽油和机油的初始最高吸油倍率分别达到40.73 g/g和43.64 g/g。利用单喷头多层复合纺丝技术制备的 PSF/PVDF纤维膜，相比于多喷头混纺制备的PSF/PVDF纤维膜，其断裂强度有所改善，吸油性能明显提高，保油率有所下降。多层复合PSF/PVDF纤维膜对菜籽油和机油的吸油倍率分别为50.58 g/g和54.06 g/g。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 溢油的危害

1.2 油的吸着机理

1.3 油污治理方法

1.4 吸油材料的性能指标

1.5 吸油材料种类

1.6 本课题的研究意义和研究内容

第二章 静电纺聚砜纤维的制备与吸油性能

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 测试与表征

2.4 结果与讨论

2.5 本章小结

第三章 静电纺PSF/PVDF混纺纤维结构调控及吸油性能

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 测试与表征

3.4 结果与讨论

3.5 本章小结

第四章 多喷头静电纺复合纤维结构调控及其吸油性能

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 测试与表征

4.4 结果与讨论

4.5 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 存在的问题和展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文情况

致谢