当前的大气颗粒物污染问题依然严峻,对人们的身体健康、生产活动已经造成了严重的影响。大气颗粒物污染防治的重点之一就是工业含尘烟气的排放控制,过滤除尘技术能够对其中的微细颗粒物实现高效过滤,是含尘烟气净化的主流途径。工业排放的大气污染物主要来自于高温烟气,而目前国内用于过滤除尘核心部件的聚苯硫醚、芳纶、聚四氟乙烯等纤维滤料都依赖于进口,这些纤维滤料的耐温性较差,产量有限且价格昂贵,不利于推广使用。因此,研究轻质的耐温耐腐蚀纤维滤料对高温烟气高效除尘以及工业集约化和节能减排来说具有十分重要意义。芳香族聚酰亚胺(PI)是一种具有优异热稳定性、良好化学稳定性的聚合物材料,采用静电纺丝技术制备的电纺PI纳米纤维还具有高孔隙率、多孔互联结构以及良好的透气性和透气选择性,在高温烟气净化领域具有极大的应用潜力;但高性能PI纳米纤维的制备方法仍然处于极具挑战性的研究阶段。本论文以可溶性半结晶芳香杂环型PI作为原材料制备和研究高性能PI纳米纤维。首先探究了用于静电纺丝技术制备纳米纤维膜的PI溶液制备方法及其适用浓度范围,调整、优化纺丝工艺参数并成功制备出PI纳米纤维膜。其次以氧化石墨烯(GO)、氟化石墨烯(FG)和氨基化石墨烯(NG)三种功能化石墨烯(f-Gr)为纳米增强填料,成功制备了性能增强的f-Gr/PI复合纳米纤维膜。最后对制备的纳米纤维膜进行了高温处理、酸碱腐蚀试验并研究其耐温耐腐蚀性能。本论文的研究工作及成果主要包括以下五个方面。1、通过对不同添加剂含量、溶剂体系、溶解环境下PI溶液的制备及其纺丝过程和所制备纤维的表面形态等特征的对比、分析,确定制备PI纳米纤维的电纺溶液的适宜溶剂体系为N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)作溶剂,添加剂为1.0 wt%LiCl的均匀分散溶液体系,溶解条件为105 ℃油浴恒温搅拌。通过分析所制备纤维的表面形态、形貌结构等特征,确定制备无串珠型PI纳米纤维较好的纺丝工艺参数:施加电压为18.00kV,注射速率为0.5mL·h-1,滚筒转速为300 r·min-1,注射针头内径为0.41mm,注射泵平移速率为4m·min-1,接收距离为180 mm,温湿度控制在 25 ±2℃、45 ±5 RH%。2、通过研究不同PI电纺溶液的质量浓度、粘度、电导率等溶液性质对制备的纳米纤维直径分布、形貌结构的影响,确定制备PIPI纳米纤维的电纺溶液适宜浓度范围为6.0-12.0 wt%,最佳PI浓度为10.0 wt%,其纤维平均直径为264 ± 54 nm。电纺PI纳米纤维膜表现出良好的疏水性、优异的热稳定性,其水接触角达到114.3°,初始热分解温度(Td)达到544.3 ℃。然而,PI纳米纤维膜表现出较差的力学性能,其拉伸强度、杨氏模量和断裂伸长率分别为10.5 PMa、0.9 GMa和7.8%。同时,10.0 wt%的电纺PI纳米纤维膜对超细油性颗粒物质(0.3 μmDOP)具有良好的过滤性能,其最佳过滤效率为90.4%。3、采用溶液共混法制备GO/PI复合电纺液,通过静电纺丝制备了不同GO含量的GO/PI复合纳米纤维膜。研究结果表明,GO的添加改善了 PI纳米纤维直径分布的均匀性,GO含量为0.5 wt%时,电纺GO/PI复合纳米纤维得直径平均值最小为231 ±36 nm,孔隙率达到90%。热分析结果显示,电纺GO/PI复合纳米纤维膜的热稳定性较纯PI纳米纤维膜提高了 15 ℃,其初始分解温度(Td)和耐热指数(THRI)最高分别达到551.7 ℃和193.9 ℃。另外,GO的添加能够有效提高电纺PI纳米纤维膜的力学性能,其拉伸强度、杨氏模量、断裂伸长率分别达到了 14.4 MPa、1.4 GPa、8.9%。对0.3 μmDOP的过滤测试结果表明,电纺PI纳米纤维膜的过滤性能得到有效提高,其过滤效率最高达到96.5%,较纯PI纳米纤维膜提高了 8%;通过质量因子评价得知GO含量为0.75 wt%时电纺GO/PI复合纳米纤维膜的整体过滤性能最佳。4、采用溶液共混法和超声-离心分层分散处理制备f-Gr/PI复合电纺液,通过静电纺丝制备了不同f-Gr种类的f-Gr/PI复合纳米纤维膜。研究结果表明,f-Gr的加入有效改善了 PI纳米纤维直径分布的均匀性,电纺f-Gr/PI复合纳米纤维的直径分布范围为80-200 nm,其中NG/PI复合纳米纤维的纤维直径平均值最小为151 ± 26 nm,孔隙率达到92.7%。电纺FG/PI、NG/PI复合纳米纤维膜表现出高疏水性,其水接触角分别达到129.6°、125.6°。电纺PI复合纳米纤维的力学性能也得到显著的增强,NG/PI复合纳米纤维膜的拉伸强度、杨氏模量、断裂伸长率分别提高了 102.8%、190.1%、55.8%,达到45.0 MPa、10.9 GPa、17.6%。电纺f-Gr/PI复合纳米纤维膜表现出优异的热稳定性,其初始分解温度(Td)为554.5-567.8 ℃。过滤测试结果表明,电纺f-Gr/PI复合纳米纤维膜对0.3 μm DOP的过滤效率最高达到99.99%,相比于纯PI纳米纤维膜提高了近 12%。5、电纺f-Gr/PI复合纳米纤维膜的耐温耐腐蚀性能研究采用溶液全浸泡法和高温处理法研究了电纺f-Gr/PI复合纳米纤维膜的耐化学腐蚀性能和耐高温性能。试验结果表明,电纺PI及GO/PI、NG/PI复合纳米纤维膜表现出良好的耐酸腐蚀性,在酸性溶液处理后其断裂强度保持率和断裂伸长保持率分别保持在72-88%和68-72%范围内,过滤效率仍然保持在97%左右。电纺PI及GO/PI、NG/PI复合纳米纤维膜的耐碱腐蚀性相对较差,在碱性溶液处理后相应的力学性能则分别维持在60%和50%左右,但其过滤效率仍然达到86%左右。高温处理对电纺PI及GO/PI、NG/PI复合纳米纤维膜的力学性能影响较大,经过260 ℃的热处理后其断裂强度保持率和断裂伸长保持率分别保持在80-88%和76-80%范围内;经过300 ℃的热处理后则分别维持在63-68%和52-56%范围内。随着处理温度的升高,电纺PI及GO/PI、NG/PI复合纳米纤维膜的过滤性能呈现下降趋势,经过300 ℃的热处理后仍然维持在82%左右。据此可推测制备的电纺GO/PI、NG/PI复合纳米纤维膜的连续使用温度至少为260-300 ℃。