结构增强的静电纺丝环境净化膜的结构设计与制备

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静电纺丝法所制备的纳米纤维膜由于其具备独特的纳米结构、高比表面积及多孔结构,在空气净化、多相催化、组织支架、电池电极等相关领域存在着广泛的应用。但是由于静电纺丝纤维膜是由静电纺丝纤维层层堆叠而得到的,纤维又易产生滑移断裂和飘散,导致所得的纤维膜强度较差,所以需要提高静电纺丝膜的机械性能以提高其在应用过程中的稳定性、耐久性以及可回收性,拓宽其在相关领域的应用和发展。本文针对以上问题,分别通过在有机和无机纤维膜中引入交联点的方式提高纤维膜的机械强度。并基于静电纺丝纤维的优势及水滑石的特点,通过在纤维内掺杂水滑石以及水热生长水滑石的方式实现有机纤维以及无机纤维对无机粉体材料的有效负载,拓宽了静电纺丝纤维膜在空气净化、水污染处理等领域的应用。具体研究内容和结果如下:(1)对于有机纤维膜的交联,使用静电纺丝与静电喷雾相结合的方式,在聚丙烯腈静电纺丝纤维内部均匀地引入聚己内酯静电喷雾颗粒,随后对纤维膜进行热处理,以促进聚己内酯颗粒的熔融,使其成为连接纤维的交联点,减少纤维的滑移,提高纤维膜的机械强度。同时结合水滑石层板带电易对细颗粒物进行静电吸附的特性,将水滑石作为驻极体掺入静电纺丝纤维内,通过提高纤维膜强度可将纤维膜应用在高压高风速环境下的细颗粒物的净化。(2)对于无机纤维膜的交联,在尝试热处理熔融交联、溶剂挥发不完全而交联等交联方式后,通过滴加水解液二次煅烧交联的方式实现了对无机二氧化硅纤维的交联,通过在纤维中引入交联点,限制了纤维滑移,提高了纤维膜的机械强度。而后通过“预埋种子-外延生长”的方法在二氧化硅纤维上均匀穿插生长水滑石,实现了无机二氧化硅纤维对水滑石粉体材料的稳定负载,结合水滑石对刚果红染料分子的吸附能力,将其应用在刚果红染料废水的净化过程中。再结合水滑石的“焙烧复原”特性以及二氧化硅纤维的耐高温性能,可将吸附有染料分子的MgAl-LDH@SiO2复合纤维膜进行高温焙烧,将吸附在水滑石上的染料分子高温焙烧成二氧化碳等气体分子,实现对有机染料的彻底清除,实现对复合纤维膜的重复利用,减少固废的产生。
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