烟气污染和重金属离子污染都是危害大众健康的全球性问题。烟气是烟草不完全燃烧的产物,经过高温燃烧、热解蒸馏、聚合、缩合等一系列物理化学反应后,形成了由众多挥发性、半挥发性液体及固体物质组成的气溶胶体系。烟气中已有1200多种物质被报道,是大众健康的杀手。目前,一般卷烟使用的醋酸纤维滤嘴对烟气的过滤效果有限,不能有效地阻止烟气进入人体。我国尚处于经济发展阶段,工业废水处理总量多,范围广,任务相当艰巨。废水中所含的重金属通过饮水进入人体或通过植物间接进入人体,对人的生命健康产生了极大的影响。目前采用的废水处理方法,如,沉淀池法、化学吸附法等,这些方法占地面积大、操作复杂,不符合工厂的实际应用情况,难以广泛使用。静电纺纤维材料具有纤维直径小、比表面积大、孔径小、孔隙率高等优点,是良好的吸附材料。通过调整纺丝溶液性能、纺丝方法和工艺参数,还可以使静电纺纤维获得丰富的孔隙结构,更高的比表面积和孔体积,增加了纤维与吸附质的接触,有利于进一步提高其吸附性能。本课题着眼于烟气和重金属离子污染问题,通过对静电纺PLA纤维膜结构的设计与调控,探究了纤维膜结构对其吸附性能的影响。同时对不同形态结构纤维膜对烟气吸附和重金属离子的吸附机理进行了探索,为材料的实际应用提供了理论支撑。(1)不同多孔结构纤维膜的制备。以质量百分数为7wt%的PLA溶液为纺丝液,纺丝溶液流速为1m L/h,施加电压为16k V,喷丝口到滚筒的距离为12 cm,且纺丝环境湿度高于45%时,静电纺PLA纤维会形成表面多孔结构。采用同轴静电纺丝法可制得中空多孔PLA纤维。以质量百分数为8wt%的PLA溶液作为皮层纺丝溶液,质量百分数2wt%的PVA溶液作为芯层纺丝溶液,皮、芯层纺丝溶液流速分别为0.7m L/h和0.2 m L/h,施加电压为23k V,喷丝口到滚筒的距离为12 cm,纺丝环境湿度高于45%。当同轴静电纺丝芯层PVA溶液中二甲亚砜含量较大(溶剂组分比为2:1)时,纤维的中空多孔结构大量形成。(2)不同多孔结构纤维膜的烟气吸附机理和吸附效果。首先,分析了PLA纤维膜对于尼古丁、焦油、水分和一氧化碳的吸附机理。PLA纤维膜对尼古丁和焦油的吸附主要依靠PLA的亲油性和纤维膜孔隙的毛细效应;对水分的吸附主要依靠水蒸气在纤维表面的遇冷凝结和表面分子受力不平衡;对一氧化碳的吸附主要依靠孔隙的吸附势力场。其次,通过对吸附不同体积烟气后纤维膜变色情况的研究,初步探究了不同结构纤维膜的吸附效果。与表面光滑的PLA纤维膜相比,纤维表面的多孔结构能有效地增加纤维膜的吸附效率,降低吸阻,吸附效果提高。与光滑的PLA纤维膜相比,当置于滤嘴透气孔前部时,表面多孔纤维膜对尼古丁、焦油以及水分的吸附分别增加了2.1%、0.3%、6.4%;当置于滤嘴透气孔后部时,表面多孔纤维膜对尼古丁、焦油以及水分的吸附分别增加了2.7%、1.1%、6.4%。与表面多孔PLA纤维膜相比,纤维的中空结构能为烟气吸附提供更大的存储空间和接触面积,进一步增加了纤维膜的吸附效率,降低了吸阻。当置于滤嘴透气孔前部时,中空多孔纤维膜对尼古丁、焦油以及水分的吸附分别增加了3.8%、6.2%、0.9%以及6.0%。当置于滤嘴透气孔后部时,由于气流对纤维吸附效果的影响,中空多孔纤维膜对尼古丁、焦油以及水分的吸附量均有所减少。(3)不同多孔结构纤维膜的重金属离子吸附机理和吸附效果。通过对多孔纤维膜吸附量与吸附后结构变化情况的观察,得到了在温度为80℃,吸附时间为20min,浓度为1000ppm时,PLA纤维膜能够保持纤维结构且获得较好的吸附效果。与表面光滑的纤维膜相比,PLA-45、PLA-60表面多孔纤维膜对Cu2+的吸附效果均有所增加,吸附量分别增加了9.5%和25.4%。与表面多孔纤维膜相比,PLA-45-1、PLA-45-2中空多孔纤维膜的吸附量分别增加了120.4%和150.3%。