“枝干”结构f-MWCNTs/CS复合膜的构建及其对染料的过滤性能

摘要

近年来，静电纺纳米纤维膜以其比表面积大、孔径小、孔隙率高、渗透性好等优势，已在过滤领域得到了越来越广泛的应用，但存在通量与截留率相互制约的问题。针对此问题，本论文提出将具有高比表面积的羧基化多壁碳纳米管(f-MWCNTs)引入电纺壳聚糖(CS)纳米纤维膜中，分别采用高压辅助喷射法和静电喷射法使f-MWCNTs在电纺过程中自组装到CS纤维表面，构建出一种兼具高通量及高过滤效率的“枝干”结构f-MWCNTs/CS复合膜，并探究了其对有机染料的过滤机制。本论文的主要研究内容包括以下两个方面:
　　(1)探索并优化了“枝干”结构f-MWCNTs/CS纳米复合膜的制备工艺，并对其结构形貌进行表征。SEM结果表明，采用同步喷射/电纺的方式可使f-MWCNTs在静电纺过程中组装到CS纤维表面，形成类似树枝状的纤网结构。BET数据显示，采用高压辅助喷射和静电喷射法制备得到的复合膜的比表面积分别达到了80.18 m2/g和78.34 m2/g，较电纺CS纤维膜(73.64 m2/g)有了一定提高。
　　(2)对“枝干”结构f-MWCNTs/CS纳米复合膜进行过滤性能测试，并研究其过滤机制。接触角数据显示，电纺CS纳米纤维膜的平均接触角在88°左右，溶液共混法f-MWCNTs/CS复合膜的接触角为85°左右，而高压辅助喷射法和静电喷射法f-MWCNTs/CS复合膜的接触角分别降到了76°和80°。由此证明，f-MWCNTs的加入可改善复合膜的亲水性，而且采用同步喷射/电纺法制备的f-MWCNTs/CS复合膜的亲水性更佳。染料过滤实验表明，采用同步喷射/电纺法获得的“枝干”结构复合膜可使膜的截留率大幅提高，同时仍能保持较高的水通量。当纤维膜厚度为0.015mm时，高压辅助喷射法和静电喷射法获得的“枝干”结构复合膜对有机染料截留率均达到了80％以上，相较于电纺CS纤维膜提高了近1.7倍，而水通量仅降低不到20％。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．1．1 染料废水的来源及危害

1．1．2 亚甲基蓝和甲基橙的理化性质

1．1．3 染料废水的常见处理方法

1．2 电纺纳米纤维膜的制备及应用

1．2．1 静电纺丝技术概述

1．2．2 静电纺丝工艺参数

1．2．3 电纺纳米纤维材料在液体过滤方面的应用现状

1．3 壳聚糖概述

1．3．1 壳聚糖的结构及性能特点

1．3．2 壳聚糖在染料废水处理方面的应用

1．3．3 电纺壳聚糖纳米纤维材料的研究现状

1．4 碳纳米管概述

1．4．1 碳纳米管的结构及性能特点

1．4．2 碳纳米管的功能化

1．4．3 碳纳米管在染料废水处理方面的应用

1．5 本课题的研究内容、目的及意义

第二章 实验材料、设备及测试原理

2．1 实验原料及仪器设备

2．2 表征方法

2．2．1 f-MWCNTS／CS复合膜的结构形貌表征

2．2．2 f-MWCNTS／CS复合膜的染料过滤性能表征

第三章 电纺CS纳米纤维膜的制备及其结构形貌表征

3．1 电纺CS纤维膜的制备工艺研究

3．1．1 CS纺丝液的配制

3．1．2 电纺CS纤维膜的制备

3．1．3 电纺CS纤维膜的碱处理

3．2 电纺CS纤维膜的结构及形貌表征

3．2．1 工艺参数对CS纤维膜结构及形貌的影响

3．2．2 碱处理工艺对CS纤维膜结构形貌的影响

3．3 本章小结

第四章 “枝干”结构f-MWCNTs／CS复合膜的制备及其结构形貌

4．1 高压辅助喷射法f-MWCNTs／CS复合膜的制备工艺探索

4．1．1 高压辅助喷射法制备“枝干”结构复合膜

4．1．2 工艺参数对复合膜结构形貌的影响

4．2 静电喷射法f-MWCNTs／CS复合膜的制备工艺探索

4．2．1 静电喷射法制备“枝干”结构复合膜

4．2．2 工艺参数对复合膜结构形貌的影响

4．3 溶液共混法f-MWCNTs／CS复合膜的制备

4．3．1 f-MWCNTs／CS混合纺丝液的配制

4．3．2 溶液共混法复合膜的制备

4．3．3 复合膜的结构形貌表征

4．4 同步喷射／电纺与共混法f-MWCNTs／CS复合膜的结构形貌对此

4．4．1 表面形貌对比

4．4．2 此表面积对比

4．5 本章小结

第五章 “枝干”结构f-MWCNTs／CS复合膜染料过滤性能研究

5．1 “枝干”结构f-MWCNTs／CS复合膜的接触角测试结果分析

5．2 “枝干”结构f-MWCNTs／CS复合膜的水通量及截留率结果分析

5．2．1 亚甲基蓝和甲基橙标准曲线的绘制

5．2．2 “枝干”结构复合膜对有机染料的截留测试

5．3 “枝干”结构f-MWCNTs／CS复合膜染料过滤性能研究

5．3．1 纤维膜厚度对过滤性能的影响

5．3．2 f-MWCNTs的加入量对过滤性能的影响

5．4 同步喷射／电纺与共混法f-MWCNTs／CS复合膜的过滤性能对比

5．5 “枝干”结构f-MWCNTs／CS复合膜的高效过滤机制

5．6 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

论文及参加科研情况

致谢