纳米纤维复合膜的制备及其空气过滤性能的研究

来源 :武汉纺织大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zjj008
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纳米纤维材料因其具有高比表面积和高孔隙率,在空气过滤净化领域表现出显著的性能优势。然而现阶段,静电纺丝等方法所制备的纳米纤维过滤材料成本高、效率低。并且依然难以完全解决过滤效果和阻力压降的矛盾问题。因此开发出可规模化生产的、高效低耗纳米纤维基空气过滤材料尤为重要。本论文中采用熔融共混相分离的方法制备PVA-co-PE/CAB纳米纤维复合纤维,再经过基体去除、悬浮分散、逐层覆膜的方法得到PVA-co-PE纳米纤维涂层空气过滤材料。通过在悬浮分散过程掺杂CaCO3微米颗粒得到具有不同空间密度的纳米纤维空气滤膜;通过在纺丝过程中对纳米纤维进行TiO2纳米颗粒的共混改性得到具有不同驻极性能的纳米纤维空气滤膜。针对所制备的系列纳米纤维涂层空气过滤材料,采用场发射扫描电子显微镜(FSEM)及X射线衍射仪(XRD)等进行形貌及结构表征;采用单纤维接触角测定仪、孔径分析仪、静电电位计等进行物理性能表征;采用自动过滤测试仪对透气性、效果和压降等空气过滤性能进行测试。研究了纳米纤维涂层克重和共混颗粒含量对纳米纤维空气过滤材料的物理化学结构及性能的影响规律,分析了过滤材料的物理化学性能与空气过滤性能间的关系,归纳了可获得最优空气过滤性能的制备工艺参数。结果显示,随着纳米纤维涂层克重的增加(1.06 g/m21.59g/m2),空气过滤材料呈现过滤效率显著上升(65.7%92.5%,0.3μm Na Cl)、阻力压降急剧上升(18mm H2O89mm H2O)的趋势。这主要是因为克重的增加导致了纳米纤维膜孔径的减小。相比纯纳米纤维空气过滤材料,随着纳米纤维涂层中CaCO3微米颗粒含量的增加(10%30%),相同克重的空气过滤材料的过滤效率增加(70%90%,0.3μm Na Cl),同时阻力压降表现出较明显的下降趋势(45mm H2O20mm H2O)。主要原因为CaCO3微米颗粒的引入增加了纳米纤维间距,疏化了纳米纤维涂层,为气流提供了更大的通道空间;另一方面CaCO3微米颗粒的凹凸表面增加了吸附污染物颗粒的几率。相比纯纳米纤维空气过滤材料,随着纳米纤维中TiO2纳米颗粒含量的增加(1%7%),相同克重的空气过滤材料的过滤效率显著提升(90%98%,0.3μm Na Cl),同时阻力压降表现出较明显的下降趋势(93mm H2O70mm H2O)。主要原因为TiO2纳米颗粒增加了纤维本身的密度,克重相同时,涂层的孔径增大,气流易通过;另一方面,增加了纳米纤维的驻极性能,所产生的静电场能够吸附更多的污染物颗粒。综上所述,通过涂层颗粒共混改性和纤维共混静电驻极改性能够改善纳米纤维涂层空气过滤材料的驻极性能和空间结构,从而提升空气过滤性能,为高效低耗纳米纤维基空气过滤材料的开发和应用提供了理论和技术指导。
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