纳米活性碳纤维SBR法处理生活污水的试验研究

在SBR反应器中安装纳米活性碳纤维处理生活污水,进行正常负荷与有机冲击负荷的对比试验,并对生物相进行追踪观察.结果表明:正常负荷运行时,生物膜上的微生物种类多、活性大;出水COD去除率均在90%以上;NH3—N和TP去除率分别在95%以上和72%～85.5%之间,均能达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)中一级A标准要求.系统抗有机冲击负荷的能力强,在提高进水COD浓度3～4倍的情况下,去除率仍保持在86%以上;有机冲击负荷对脱氮效果影响较小,对总磷的去除率下降幅度较大.

纳米活性碳纤维的开发与应用进展

全文介绍了纳米活性碳纤维的性能、生产的主要技术路线与最佳的操作条件及有关进展情况。阐述了国内外研究开发的现状与发展趋势。并探讨了扩大应用范围等的前景与市场需求。

聚丙烯腈/二氧化钛杂化纳米活性碳纤维制备与结构变化规律

以聚丙烯腈(PAN)溶液中掺入二氧化钛(TiO2)为纺丝液,用静电纺丝法通过滚筒接收得到PAN/TiO2平行排布的纳米纤维,对该纳米纤维进行预氧化和活化以期得到一种兼具吸附-光催化的掺杂TiO2的活性纳米碳纤维。分别采用X射线衍射分析(XRD)、红外光谱分析(IR)、扫描电镜分析(SEM)等手段进行表征。通过磷酸活化,最终制得了一种新型的PAN-ACF/TiO2纳米纤维,其纳米纤维的平均直径400nm,孔洞平均直径为37nm。

高邻位酚醛基纳米活性碳纤维制备及其吸附性能

为提高酚醛基纳米活性碳纤维的吸附性能,首先采用乙酸锌、硫酸双催化合成高邻位酚醛树脂,然后配制酚醛/聚乙烯醇缩丁醛(PVB)混合溶液,采用静电纺丝、固化、炭化和活化工艺制备得到柔性高邻位酚醛基纳米活性碳纤维,借助傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜、热重分析仪、比表面积及孔径分析仪对其结构和性能进行测试与分析。结果表明:静电纺丝制备的酚醛初生纤维在溶液固化后,酚环对位取代增加,纤维内发生了分子间交联,但PVB有一定的醇解,使酚醛纤维在炭化过程中低温稳定性下降,而高温残碳率升高,炭化后制备得到多孔碳纤维;活化后得到的高邻位酚醛基纳米活性碳纤维比表面积为1409 m^2/g,其对亚甲基蓝及碘的吸附量分别达到837和2641 mg/g。

纳米活性碳纤维SBR法脱氮除磷试验

在传统SBR工艺中,应用一种新型的纳米活性碳纤维悬浮填料,考察其对污水的脱氮除磷效果,并确定其最佳运行条件.结果表明：以进水30min—曝气4h—搅拌2h—沉淀1h—出水30min—闲置30min为最佳运行工况,在此工况运行时,进水NH3—N（氨氮）浓度为16.2～31.8 mg/L,出水NH3—N浓度为0.22～1.55 mg/L,NH3—N（氨氮）去除率为98.6%～95.1%;进水TN（总氮）为19.8～39.1mg/L,出水TN为5.94～13.68mg/L,TN去除率为70%～65%;进水TP（总磷）为3.2～4.5 mg/L,出水TP为0.46～1.13 mg/L,TP去除率为85.6%～75%,系统有较好的脱氮除磷效果,同时还存在同步硝化反硝化过程,以及较好的反硝化除磷功能.

纺丝液配制对PI/TiO_(2)活性碳纳米纤维膜吸附性能的影响

以均苯四甲酸酐(PMDA)、4,4′-二氨基二苯醚(ODA)及纳米TiO_(2)为原料,采用静电纺丝及热酰亚胺化的方法制备聚酰亚胺/二氧化钛(PI/TiO_(2))复合纳米纤维膜,在高温下对PI/TiO_(2)复合纳米纤维膜进行活化处理,通过正交试验研究了PMDA与ODA摩尔比、纳米TiO_(2)含量及纺丝液含量对PI/TiO_(2)活性碳纳米纤维膜吸附性能的影响。结果表明:PMDA与ODA摩尔比为1.03∶1、TiO_(2)质量分数为3%、纺丝液质量分数为22%时,活性碳纳米纤维薄膜的吸附性能最佳。

活性碳纳米纤维对VOC的吸附性能

通过对比不同直径的活性碳纳米纤维及活性碳纤维对苯、甲苯和乙醇蒸汽的吸附等温线,研究不同直径的活性碳纳米纤维及活性碳纤维吸附挥发性有机物（VOC）气体性能的差异。经扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）等测试分析,结果表明：活性碳纤维直径在10μm数量级,随直径减小,纤维晶体性变差,结构无序性增大;微孔达0.4～0.8 nm时VOC气体分子更易进入与吸附位结合;活性碳纳米纤维及活性碳纤维氮吸附-脱附曲线均为Ⅰ型。故分压比低于0.01时活性碳纳米纤维对苯、甲苯和乙醇的吸附量要高于活性碳纤维的吸附量。

电纺纤维素基活性碳纳米纤维的制备及吸附性能

活性碳纳米纤维由于比表面积大、导电、导热性好、孔隙率高等优点,得到人们广泛关注。如何进一步提高得碳率、比表面积和孔隙率,是制备活性碳纳米纤维面临的主要问题。以静电纺丝(电纺)纤维素纳米纤维为基体,在N_2气氛下分别采用ZnCl_2和NH_4Cl化学活化法制备活性碳纳米纤维(ACNF),采用热重、扫描电镜、透射电镜和N_2吸附-脱附等温线表征ACNF的形貌与性能。实验结果表明:电纺制备的纤维素前体直径为250nm±60nm,直接碳化纤维发生一定程度熔融黏结,破坏纤维形貌。采用ZnCl_2和NH_4Cl活化处理后,碳化温度降低,纤维不发生熔融黏结,得碳率从15.6%增加到33.2%~38.3%。活化处理后碳纤维平均孔径从1.10nm减小到0.7nm,BET比表面积从320.12m^2/g增加到450.35m^2/g。活化处理后,ACNF对亚甲基蓝的饱和吸附量从110.25mg/g增加到163.49mg/g,增加了48%。

活性碳纳米纤维基复合过滤材料的制备及其空气过滤性能表征

以苯酚和甲醛为原料合成热固性酚醛树脂,使用六针头静电纺丝设备在最佳纺丝参数条件下纺制均匀的酚醛纳米纤维电纺膜,经碳化、活化处理后获得酚醛基活性碳纳米纤维膜。测试结果表明在1000℃下碳化处理2 h,再在800℃下使用KOH为活化剂活化处理90 min,可得到比表面积为1673 m^(2)/g的酚醛基活性碳纳米纤维膜。该膜以微孔为主,平均孔径为2.02 nm,总孔容为0.832 cm^(3)/g,产率为37.9%。所制聚酰亚胺(PI)电纺膜/酚醛基活性碳纳米纤维膜/玻璃纤维针刺毡复合材料的过滤效率大多为99.5%~99.9%,过滤阻力为117~176 Pa,满足国标对高温气体过滤材料的要求,具有过滤高温气体的潜能,能在有效过滤PM2.5颗粒的同时吸附有害气体。

电纺聚丙烯腈基活性碳纳米纤维及其亚甲基蓝吸附性能

以聚丙烯腈(PAN)和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为原料,通过静电纺丝-CO2活化法制备PAN基活性碳纳米纤维,探讨活化温度对活性碳纳米纤维孔结构及孔径分布的影响,并研究了所制备的PAN基活性碳纳米纤维对亚甲基蓝(MB)的吸附性能.结果表明,随着活化温度的升高,PAN基活性碳纳米纤维的比表面积(SBET)、总孔容(Vtotal)和微孔容(Vmi)均增大,当活化温度达到950℃时,SBET、Vtotal、Vαmi、Vtmi和VDmi分别高达1 484.5 m2·g-1、0.709 cm3·g-1、0.680 cm3·g-1、0.666 cm3·g-1和0.659cm3·g-1;Langmuir模型较Freundlich模型更适合描述所制备的PAN基活性碳纳米纤维对MB的吸附过程,且ACF950在(25±1)℃对MB的饱和吸附量高达270 mg·g-1.

新型复合抗菌滤芯的研制及净水效果的比较

以活性炭纤维、纳米纤维素、聚丙烯、抗菌母粒等为原材料,采用湿法成型技术制备了第二代纳米活性碳纤维滤芯,结合湿法成型技术和熔融喷丝技术制备第三代复合型抗菌滤芯.采用XRD和SEM表征了第三代复合型抗菌滤芯的结构与表面形貌,并与市售的第一代烧结型活性炭滤芯和第二代纳米活性碳纤维滤芯进行了水中化学需氧量(COD)、色度、浊度和余氯等污染物的过滤性能对比试验.结果表明:第三代复合型抗菌滤芯在过滤微量有机污染物、悬浮污泥颗粒、氯化消毒副产物,以及过滤铅、镉两种重金属离子等方面的表现明显优于第二代纳米活性碳纤维滤芯和第一代烧结型活性炭滤芯.此外,第三代复合型抗菌滤芯对浊度的去除率大于94%,对COD的去除率大于53%,对色度去除率大于97%,对余氯去除率大于98%,对金属离子(铅、镉)的去除率大于98%,其效果良好;该滤芯受污染物浓度、水样温度变化的影响较小,净水效果稳定且显著.

功能性纳米纤维的静电纺丝制备及其生物医学应用研究

从结构的角度来说,天然的细胞外基质是由各种纳米尺度的蛋白纤维原和纤维交织而成的网状结构,静电纺丝制备纤维的直径在数十纳米到微米间可调,由它们松散堆积得到的多孔结构,不仅具有高孔隙率、高表面积、易于组合成不同形状的三维结构,还可以从尺度和形态上仿生模拟天然细胞外基质的胶原纤维(50～500nm)网络结构,这使静电纺丝纳米纤维支架成为组织工程支架的理想选择之一。本文结合所在课题组近年来在功能性纳米纤维的研究,详细介绍多种功能性纳米纤维的制备、生物医学应用等方面在国内外的研究进展,并探讨了基于功能性纳米纤维发展新型口腔/硬组织修复材料及产品的潜在应用研究。