偕胺肟功能化氧化石墨烯/PAN基复合纳米纤维膜的制备及其性能的研究

摘要

本论文以氧化石墨烯(GO)为接枝骨架，丙烯腈(AN)为单体65℃下以N-N二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂合成了聚丙烯腈接枝氧化石墨烯(PAN-g-GO)聚合物，然后在70℃下以盐酸羟胺溶液为溶剂把PAN-g-GO转化为偕胺肟化聚丙烯腈接枝还原氧化石墨烯(PAO-g-rGO)聚合物。通过红外光谱(FTIR)、拉曼光谱、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、热重分析(TG)等手段对聚合物的结构和性能进行了表征。结果表明PAN成功接枝在GO上，侧链上的氰基转化为偕胺肟基(AO)。 将PAO-g-rGO纳米粒子分散到N甲基吡咯烷酮(NMP)溶液中，与PAN基溶液混合后静电纺丝制备复合纳米纤维膜。PAO-g-rGO纳米粒子具有络合性、亲水性且带有一定电荷，与PAN基体共混后对纳米纤维膜的结构、力学性能、表面亲水性和粗糙度等均具有较大影响。研究表明:添加0.3 wt.％的PAO-g-rGO纳米粒子，PAN基纳米纤维膜的水通量从90 L/m2·h增加到6151 L/m2·h，同时拉伸强度和断裂伸长率分别从4.2 MP和6.8％上升到10.7 MPa和19.8％。 本论文的第三章详细探讨了当PAO-g-rGO纳米粒子的添加量为0.3 wt％时，复合膜对重金属离子吸附性能的影响，考查了溶液pH值、接触时间以及温度对重金属离子吸附性能的影响，使用了不同的动力学模型、等温吸附线和热力学模型对实验所得数据进行了分析和讨论。研究表明:该复合纳米纤维膜对Cu(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)离子具有较好的吸附性能，当溶液pH值分别为5和7时，其对Cu(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)离子的吸附平衡时间为均240 min，最大吸附量分别为1.65mmol/g和4.70 mmol/g，吸附过程自发放热，符合拟二级动力学和Langmuir等温模型且吸附过程为化学吸附。当致孔剂聚乙烯吡咯烷酮的添加量为PAN的1.5倍，且PAO-g-rGO的含量为7.0 wt％时，其纳米纤维膜螯合Ag离子后，其对大肠杆菌及金黄色葡萄球菌的抑菌率分别达到为99.9％和100％。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1环境中的重金属离子、微生物

1．1．1水体中重金属离子与微生物的危害

1．1．2水体中重金属离子的处理方法

1．1．3微生物污染的处理方法

1．2新型碳基吸附材料

1．3 GO及其复合材料在吸附研究中的进展

1．3．1 GO烯概述

1．3．2氧化石墨烯基复合材料

1．4静电纺丝技术

1．4．1静电纺丝原理

1．4．2静电纺丝技术的应用

1．5 PAN纳米纤维膜研究进展

1．5．1 PAN简介

1．5．2 PAN纳米纤维膜的应用

1．6课题的提出、研究内容、创新点与课题意义

1．6．1课题的提出

1．6．2课题的创新点

1．6．3课题意义

第二章P(AN-MA)／PAO-g-rGO复合纳米纤维膜的制备及其吸附性能

2．1前言

2．2材料与方法

2．2．1实验所需原料及试剂

2．2．2实验设备

2．3 PAO-g-rGO及PAN基膜的制备

2．4 PAO-g-rGO及PAN基膜的表征

2．4．1红外

2．4．2拉曼光谱

2．4．3扫描电子显微镜

2．4．4透射电子显微镜

2．4．5 X射线光电子能谱

2．4．6热重分析

2．4．7纯水通量

2．4．8力学性能

2．4．9接触角

2．4．10吸附-解吸附实验

2．4．11油水乳液的分离实验

2．5结果与讨论

2．5．1红外光谱与拉曼光谱分析

2．5．2扫描电镜及透射电镜分析

2．5．3差示扫描量热与X射线光电子能谱分析

2．5．4膜形貌分析

2．5．5膜的物理特性

2．5．6纳米纤维膜对重金属吸附-解吸附性能研究

2．5．7油水乳表面润湿性和分离能力

2．6本章小结

第三章H-PPAN／PAO-g-rGO@Ag复合纳米纤维膜的制备及抗菌性能

3．1前言

3．2实验部分

3．2．1实验原料与试剂

3．2．2实验设备

3．2．3 H-PPAN／PAO-g-rGO@Ag CNFM的制备

3．2．4 H-PPAN／PAO-g-rGO@Ag CCNFM抗菌性能

3．3 PPAN／PAO-g-rGO CCNFM的表征

3．3．1红外光谱

3．3．4扫描电子显微镜

3．3．5力学性能

3．3．6接触角测试

3．4结果与讨论

3．4．1 PPAN基CNFM形貌分析

3．4．2机械性能及润湿性

3．4．3水解PPAN的红外光谱与X射线衍射谱

3．4．4 PAN基CNFM膜广角X射线及特征X射线能谱

3．4．5抗菌性能分析

3．5本章小结

第四章结论与展望

4．1结论

4．2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢