【摘 要】
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随着各国工业化进程的加快,空气污染,特别是固体颗粒物污染越来越明显。空气中的固体颗粒物,如PM1.0和PM2.5,可携带各种病毒、有机污染物和一些有害重金属等有害污染物。有研究发现,PM2.5由于沉积在人体的呼吸道中而引起各种呼吸道疾病。因此,开发能够高效过滤PM2.5的空气过滤膜对于解决空气污染问题至关重要。在目前研究的空气过滤材料中,驻极体熔喷纤维可以在保持低压降的情况下,依靠静电吸附捕获PM
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随着各国工业化进程的加快,空气污染,特别是固体颗粒物污染越来越明显。空气中的固体颗粒物,如PM1.0和PM2.5,可携带各种病毒、有机污染物和一些有害重金属等有害污染物。有研究发现,PM2.5由于沉积在人体的呼吸道中而引起各种呼吸道疾病。因此,开发能够高效过滤PM2.5的空气过滤膜对于解决空气污染问题至关重要。在目前研究的空气过滤材料中,驻极体熔喷纤维可以在保持低压降的情况下,依靠静电吸附捕获PM2.5,所以成为工业化滤材的首选。然而,其静电效应会在高温和潮湿环境中迅速失效,因此其过滤稳定性较差无法适应复杂的工作环境。鉴于此,本文主要是对熔喷聚丙烯(PP)纤维改性,以及在纤维表面原位生长金属有机框架(MOFs)来制备具有高效、稳定过滤性能的复合纤维膜,主要研究内容如下:(1)通过伽马辐照的方式在惰性PP纤维表面引入含氧活性基团,使其带有能够为原位生长提供位点的羧基。在3种不同合成环境中制备PP@MOFs膜来探究生长条件对于原位生长均匀性的影响。研究发现在30 k Gy的辐照剂量下,能够很好的活化PP纤维,且在常温常压下制备的PP@ZIF-8膜均匀性最好。对于较难过滤的PM1.0颗粒PP@ZIF-8膜的过滤效率和品质因子分别为64.8%和0.0193 Pa-1,相较于PP膜的46.6%和0.139 Pa-1,分别提高了39.06%和38.69%,压降为54 Pa。(2)通过采用聚丙烯酰胺来改性惰性的PP纤维,使其表面带有酰胺基团,固定住金属离子,从而为MOFs的原位生长提供位点。再通过调节ZIF-8和Cu-BTC两种MOFs材料的金属/有机配体比例,在改性的PP纤维表面原位生长出纳米级的MOFs。研究了纤维膜的空气过滤性能、过滤稳定性、MOFs纳米颗粒与纤维结合的稳定性。对于较难过滤的PM1.0颗粒,PP@ZIF-8膜的过滤效率和品质因子分别为66.4%和0.0230 Pa-1,相较于PP膜的55.6%和0.0193 Pa-1,分别提高了19.42%和18.77%。同时PP@Cu-BTC膜对于PM1.0的过滤效率和品质因子分别为83%和0.0306 Pa-1,相较于PP膜提高了49.28%和58.04%。将纤维膜放入最高600 W的超声水浴中保持30 min后,依然有87%的MOFs颗粒负载在纤维表面。表明以此方法制备的PP纤维膜具有稳定高效的过滤性能,且MOFs颗粒与纤维结合十分稳定。
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