聚丙烯腈/聚砜双尺度纳米纤维膜的制备、表征及空气过滤应用

通过模块化静电纺丝技术,制备了一种由掺杂氟化聚氨酯(FPU)的聚丙烯腈(PAN)纳米纤维与聚砜(PSF)纳米纤维组成的双尺度复合纳米纤维膜空气过滤材料,并对其性能进行了表征。该复合膜平均孔径仅有1.35μm,孔隙率达到94.4%,对PM0.3的过滤效率达到99.90%,压降仅有68 Pa,品质因子高达0.101 Pa^(-1),实现了高效低阻。此外,聚丙烯腈纤维膜在氟化聚氨酯掺杂量达到18 wt%时,纤维直径为70±5 nm,水接触角高达153°。通过在COMSOL multiphysics 6.1软件上建立空气流场来模拟纤维膜的滤效和压降,进一步证明了该纤维膜具有优异的高效低阻性能。将双尺度纳米纤维膜与纺粘无纺布进行超声复合后,经打折、封边制备成品过滤器,并将其与商用过滤器进行了对比,在5 min内PM_(2.5)浓度仍保持在18μg·m^(-3),过滤性能明显优于商用过滤器。可为构建高效低阻的纳米纤维空气滤材提供一种思路。

聚丙烯腈/山梨醇复合纳米纤维膜的制备与除湿性能

溶液除湿空调系统因可实现节能又高效的室内除湿,近年来受到很多的关注。填料是溶液除湿空调系统中的核心部件之一,其比表面积、润湿性等特性是影响除湿性能的关键因素。为了开发应用于溶液除湿空调系统的高性能填料,采用静电纺丝技术制备了聚丙烯腈(PAN)/山梨醇(SBT)复合纳米纤维膜;利用扫描电镜、比表面积测试仪及水接触角测试仪等测试手段对复合纳米纤维膜的微观形貌与结构及浸润性进行了表征;使用高低温试验箱对除湿性能进行测试。结果表明:当PAN和SBT的质量比为13∶12且浸渍氯化锂(LiCl)质量分数为20%时,复合纳米纤维膜的除湿性能最优,达到2.97 g/g。经过5次循环测试发现,该复合纳米纤维膜具有良好的循环稳定性。

氧化铋/聚丙烯腈复合纳米纤维膜的制备及其X射线防护性能

为探究氧化铋/聚丙烯腈复合纳米纤维膜的制备工艺及其X射线防护性能,以聚乙二醇为分散剂、聚丙烯腈为聚合物,将氧化铋均匀分散到聚合物溶液中,通过静电纺丝技术制备氧化铋/聚丙烯腈复合纳米纤维膜,研究氧化铋添加量对纤维膜微观形貌、力学性能及X射线防护性能的影响。结果表明:以氧化铋与聚丙烯腈的质量百分比为160%构筑的前驱体溶液,经静电纺丝并于60℃干燥2 h后可获得颗粒分散均匀、纤维形貌良好的轻质(密度为0.21 g/cm^(3))纳米纤维膜,其在20~120 kV管电压下的X射线衰减效率高于50%,质量衰减系数在20 kV电压下达62.16 cm^(2)/g,具有良好的X射线防护效果,这对无铅、轻质、高屏蔽效率X射线防护材料的发展具有重要意义。

偕胺肟化聚丙烯腈纳米纤维膜的制备与油水乳液分离性能

为探究膜材料对纤维膜亲水性的影响机制,首先以聚丙烯腈(PAN)为原料制备偕胺肟(PAO),之后通过静电纺丝法制备PAO纳米纤维膜,并对其表面形貌、纤维直径、平均孔径、表面粗糙度、表面润湿性、力学性能、纤维膜官能团组成和油水乳液分离性能进行测试与分析。结果表明:静电纺丝技术可成功制备PAO纳米纤维膜,该纤维膜表面亲水性、油水乳液分离性能与未经偕胺肟化处理的PAN纤维膜相比有明显提升,当静电纺丝PAO质量分数为10%时,制备的PAO纳米纤维膜表现出优异的表面润湿性能和油水乳液分离性能,其初始水接触角为15.6°,水下油接触角为157°,对硅油乳液的分离通量为1362.9 L/(m^(2)·h),截留率为99.1%。

石墨相氮化碳/MXene/磷酸银/聚丙烯腈复合纳米纤维膜的制备及其光催化性能

为解决单一催化剂传质效率低、光生载流子易复合、光吸收性能和反应活性位点有限、重复利用性能差等问题,首先构建了石墨相氮化碳/MXene/磷酸银(g-C3N4/MXene/Ag3PO4)粉状S型异质结催化剂,并采用静电纺丝技术制备了g-C3N4/MXene/Ag3PO4/聚丙烯腈复合纳米纤维膜;使用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、红外光谱仪、X射线衍射仪对纳米纤维膜的形貌和性能进行表征,并考察了其对废水中有机染料的光催化降解性能。结果表明:通过静电纺丝技术能够将g-C3N4/MXene/Ag3PO4成功地负载在聚丙烯腈上,并均匀地分布在复合纳米纤维膜表面;纤维负载前后的直径均匀,尺寸为200~400 nm;g-C3N4/MXene/Ag3PO4/聚丙烯腈复合纳米纤维膜的催化氧化性能与粉状催化剂相比有所降低,但其在180 min时对染料的降解率并未显著降低(91.2%);重复使用5次后复合纳米纤维膜对活性红195依然具有较高的脱色率;自由基淬灭实验发现,超氧自由基·O2-和空穴h+是染料发生氧化降解反应的主要活性物种,并依此提出光催化氧化降解染料的机制。

铅卤钙钛矿/聚丙烯腈纤维膜的制备及其传感性能研究

以溴化铯(CsBr)、溴化铅(PbBr_(2))为原料,采用室温重结晶法制得铅卤钙钛矿(CsPbBr_(3)),然后将其与聚丙烯腈(PAN)共混,通过静电纺丝制得CsPbBr_(3)/PAN纳米纤维膜,并以纳米纤维膜作为压电层,铜作为上下电极组装成传感器,研究了CsPbBr_(3)的晶体结构,以及CsPbBr_(3)/PAN纳米纤维膜的微观形貌、热稳定性及传感性能。结果表明:制备的CsPbBr_(3)颗粒大小均匀,形貌均一;当PAN质量分数为7%时,CsPbBr_(3)/PAN纳米纤维膜中CsPbBr_(3)颗粒分散均匀,质量损失10%时的热分解温度为480℃,热稳定性较好;以CsPbBr_(3)/PAN纳米纤维膜作为压电层的传感器可以输出稳定的电压、电流信号,并且随着压力增加,输出信号逐渐增强,并且能够监测人体各个部位运动产生的生理信号。

ZnO@PAN柔性复合纳米纤维膜的制备及压电特性

采用静电纺丝技术,通过两步低温水热法制备了ZnO@聚丙烯腈(PAN)柔性复合纳米纤维膜。研究了静电纺丝电压和滚筒转速对ZnO@PAN柔性复合纳米纤维膜压电和铁电性能的影响。研究结果表明,当静电纺丝电压为20 kV、滚筒速度为1000 r/min时,ZnO@PAN柔性复合纳米纤维膜的输出性能达到最佳,输出开路电压可达到5.5 V,短路电流可达到0.61μA,剩余极化强度可达到0.43μC/cm^(2)。在外部负载电阻为13 MΩ时,柔性复合纳米纤维膜达到最大输出功率0.63μW。经过5000次循环敲击测试,所制备的ZnO@PAN柔性复合纳米纤维膜输出性能保持稳定。通过ZnO@PAN柔性复合纳米纤维膜可实时监测握力器微握、半握、全握三种不同的状态,在自供电柔性压力传感器领域有着广阔的应用前景。

PAN/MgO/Ag复合纳米纤维过滤膜的制备及性能分析

为提高聚丙烯腈(PAN)纳米纤维膜的性能,在PAN溶液中掺杂了MgO和Ag纳米颗粒(MgONPs和AgNPs),通过静电纺丝方法制备了不同质量分数的PAN/MgO/Ag复合纳米纤维过滤膜,采用扫描电镜、X射线衍射仪、红外光谱仪、紫外线透反射分析仪、过滤性能测试仪测试复合纤维过滤膜的微观形态、结晶结构、透气性、透湿性及过滤性能等。结果表明:纯PAN纳米纤维的直径为222.9 nm,PAN/MgO/Ag复合纳米纤维的直径为151.5 nm~258.6 nm。相对于纯PAN纤维膜,PAN/MgO/Ag复合纤维膜具有优良的过滤性能和紫外线防护性能,其紫外线防护系数为38.73~55.37,过滤效率为95.36%~97.59%,阻力压降为46.06 Pa~58.31 Pa。当MgONPs和AgNPs的质量分数都是0.75%时,PAN/MgO/Ag复合纤维膜的品质因子最高,为0.071 4 Pa^(-1),过滤性能最好,属于高效低阻且具有防紫外线功能的过滤膜材料。

聚多巴胺涂覆改性聚丙烯腈纳米纤维膜及其油水分离性能

以聚多巴胺(PDA)为涂层剂,静电纺聚丙烯腈(PAN)纳米纤维膜为基体,制备了PDA/PAN纳米纤维复合材料,测试多巴胺涂层处理对复合材料的表面形貌、力学性能、孔径分布、纯水通量与乳化油截留率等相关性能的影响。研究结果表明:涂层后的静电纺纳米纤维断裂强度明显增加;膜纯水通量明显增大,在涂层液质量浓度为1 mg/mL时静电纺纳米纤维膜纯水通量最高达到14 656L/(m^2·h),较未改性纳米纤维膜增加63%;在涂层液质量浓度为1.5mg/mL时纤维膜获得了最小孔径,其乳化油截留率也达到最佳值(96.1%),同时可以保证高水通量和高乳化油截留率。

梯度复合聚丙烯腈纳米纤维膜的制备及其过滤性能

为发挥纳米纤维膜在高效空气过滤材料领域的作用并实现连续化生产,通过自制静电辅助溶液喷射纺丝实验机,采用Box-Behnken试验设计方法,建立了聚丙烯腈(PAN)纳米纤维直径和纺丝工艺参数的关系。利用在线复合方式连续制备了不同直径梯度复合的PAN纳米纤维膜并将其用于空气过滤领域,并对纤维膜的结构和形貌进行了表征。结果表明:通过调整纺丝工艺参数可有效地实现对纤维直径的控制;同时由该技术所制得的复合膜在消除静电后,通过物理筛分作用,对0.4μm的癸二酸二辛酯粒子具有99.923%的过滤效率和117 Pa的压降,对大于0.8μm的粒子具备100%的过滤效率。

高过滤性纳米纤维素/聚丙烯腈复合空气滤膜制备研究

以聚丙烯腈(polyacrylonitrile,PAN)和纳米纤维素晶体(cellulose nanocrystal,CNC)为原料,采用静电纺丝法制备纳米纤维素/聚丙烯腈复合空气滤膜.利用扫描电子显微镜,接触角,热重分析仪等测试方法对所制备的样品进行表征.静电纺薄膜的纤维直径平均(119±12)nm,具有多孔结构. CNC的添加提高了薄膜的亲水性能.红外分析证明了体系中CNC的存在,热重分析证明了薄膜具有一定的热稳定性.过滤性能测试结果表明该空气滤膜具有高过滤效率和低压降.添加纳米纤维素能够有效地改善聚丙烯腈空气滤膜的疏水性能.此外,纳米纤维素具有高强度和弹性模量,能够有效地提高空气滤膜的强度,从而增加空气滤膜的使用寿命.

静电纺聚丙烯腈纳米级纤维滤膜的制备及性能

为了开发高效低阻的纳米级纤维复合滤膜,利用无针头的静电纺丝设备规模化制备了不同质量分数的聚丙烯腈纳米级纤维,并测试了该纳米级纤维复合滤膜的微观结构、透气性能和过滤性能。结果表明:随着纺丝时间的增加,纳米级纤维滤膜的厚度增加,透气率降低,但过滤效率和阻力压降都呈现增加的趋势;随着溶液质量分数的增加,纳米级纤维滤膜的透气率先减小后增加,而过滤效率和阻力压降呈现先增加后减小的趋势。认为:质量分数12%的聚丙烯腈溶液纺制20min得到的滤膜透气率和过滤效率较高,阻力压降相对较小,比较适合开发空气过滤材料。

碳纳米管-聚丙烯腈纳米纤维膜的制备及对亚甲基蓝的吸附

采用静电纺丝技术制备碳纳米管-聚丙烯腈(CNT-PAN)复合纳米纤维膜,以期利用CNT增强PAN纳米纤维的力学性能和染料吸附性能。通过扫描电子显微镜、物理吸附仪和电子万能试验机等对不同CNT含量的复合纤维膜的微观结构、孔隙率、比表面积以及力学性能进行了表征分析。以亚甲基蓝为模板分子研究了不同条件下纳米纤维膜对染料的吸附效果。结果表明,随着CNT含量的增加,纳米纤维的直径略微增大,膜孔隙率和孔径变化不大。CNT的加入明显提高了PAN的力学性能和对染料的吸附性能,CNT的质量分数为10%时CNT-PAN复合纳米纤维膜的性能最佳,与纯PAN纤维膜相比,断裂强度提高了152%,染料吸附率提高了将近30%。

静电纺聚丙烯腈多层纳米纤维膜的制备、结构与性能

将不同浓度的聚丙烯腈纺丝液依次进行静电纺丝,制备多层纳米纤维膜,并对其孔隙率、比表面积、力学性能和过滤性能进行测试分析。结果显示:多层纳米纤维膜的孔隙率和比表面积均较高,由4种质量分数为14%、12%、10%和8%的聚丙烯腈纺丝液依次纺丝制备的四层纳米纤维膜的孔隙率和比表面积最高,分别为54.7%和11.0m2/g,且此纳米纤维膜的力学性能优异。静电纺PAN多层纳米纤维膜的过滤效率值也较高,由质量分数分别为14%和8%两种纺丝液循环1次纺丝制备二层的纳米纤维膜过滤效率最高,对所有测试粒径的粒子的过滤效率都高于99.99994%,过滤阻力为863Pa,随循环次数增加,纳米纤维膜的过滤效率有所降低,过滤阻力则明显降低,这与多层纳米纤维膜的孔隙率和比表面积的变化趋势相反。

静电纺聚丙烯腈纳米纤维膜的制备及性能研究

目前,采油废水随着石油开采难度的增加,治理难度也相应提高。采用静电纺丝技术,以聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯腈(PAN)为原料,N,N-二甲基酰胺(DMF)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂,制得了不同比例的PVDF/PAN纳米纤维膜。并对所做出来的PVDF/PAN纳米纤维膜的形貌和性质进行表征,优选出了最佳比例,在最佳质量比PVDF∶PAN=3∶2的基础上,优选出质量分数12%的PVDF/PAN纳米纤维膜进行实验。结果表明:此膜对采油废水的处理效果显著。

聚丙烯腈/硝酸钠纳米纤维膜的制备及其压电性能

为提高聚丙烯腈(PAN)纤维膜的压电性能,将硝酸钠(NaNO3)掺杂到PAN中,利用静电纺丝技术制备了PAN/NaNO3纳米纤维膜。探究了NaNO3用量以及纺丝速度对静电纺PAN纤维膜压电性能的影响。通过扫描电子显微镜、红外光谱仪、X射线衍射仪、驻极体非织造压电性能测试系统以及压电测试仪对PAN/NaNO3纤维膜的表面形貌、构象和压电性能进行表征与测试。结果表明:将NaNO3掺杂到PAN中会导致纤维膜的平面锯齿构象含量增加,晶面间距减小,进而影响PAN纤维膜的压电性能;当NaNO3质量分数为0.9%、纺丝速度为1000 mm/s时,纤维膜的压电性能明显提高,此时PAN/NaNO3纤维膜中平面锯齿构象含量最多,晶面间距最小,与未掺杂NaNO3的PAN纤维膜相比,此PAN纤维膜压电电压和电流分别提高了40%和174.53%。

聚丙烯腈螯合纳米纤维膜对重金属离子的选择性吸附研究

利用静电纺丝技术制备聚丙烯腈(PAN)纳米纤维膜,在盐酸羟胺溶液中对PAN纳米纤维膜进行化学改性,得到PAN螯合(A-PAN)纳米纤维膜。结果表明:反应温度的升高使PAN分子中腈基转化为偕胺肟基团的转化率增大,但同时会在一定程度上破坏A-PAN的结晶结构,纤维膜柔韧性降低。A-PAN纤维膜对Fe^(3+),Cu^(2+),Pb^(2+)混合离子的吸附具有选择性,吸附过程可用伪二级动力学方程描述,表明偕胺肟基团对金属离子的吸附过程受金属离子的扩散和两者的配位反应共同控制,为化学吸附。其中,A-PAN纤维膜对Fe^(3+)的吸附量最大,平衡吸附量可达117.42 mg/g。A-PAN纤维膜在重金属污染治理、贵金属的富集与回收等方面具有潜在的应用价值。

静电纺双疏型聚丙烯腈基纳米纤维膜制备及其性能

为制备耐磨性能良好的双疏型纤维膜并将其应用于油/水、油/油分离领域,以静电纺丝方法制备的聚丙烯腈(PAN)纳米纤维为基材,采用多巴胺(DA)与十三氟辛基三乙氧基硅烷(G617)对纤维膜进行改性制得双疏型PAN纤维膜。借助扫描电子显微镜、接触角测量仪、X射线光电子能谱仪等手段探讨纺丝条件、DA与G617用量等对改性前后PAN纤维膜表面形貌以及疏水疏油性能的影响。结果表明:纺丝液中PAN质量分数为13. 8%、纺丝电压为18 k V时,纤维形貌最佳;改性后PAN纤维膜的乙二醇接触角可达135. 1°,甲苯接触角为0°,水接触角可达141. 9°,色拉油接触角可达131. 2°;摩擦20次后PAN纤维膜的水、色拉油接触角均大于125°,可顺利实现水/甲苯、甲苯/乙二醇以及甲苯/水乳液的分离。

变色响应聚丙烯腈纳米纤维膜的制备及其过滤性能

采用静电纺丝制备刚果红-聚丙烯腈变色响应纳米纤维膜.通过电导率、变色响应、微观结构形貌、过滤及孔径等测试,分析不同质量分数的刚果红对纺丝性能、膜过滤性能的影响,并利用目视比色法,检测纳米纤维膜对HCl气体的变色响应情况.结果表明:纳米纤维膜的过滤性能不受刚果红质量分数的影响;当刚果红质量分数为0.5%时,聚丙烯腈纤维膜暴露在HCl气体中,5s内可明显由粉色变为蓝紫色;当纺丝时间为16 min时,纤维膜滤效为98.48%,滤阻为248.92Pa.

氧化石墨烯量子点/聚丙烯腈纳米纤维复合质子交换膜的制备及其性能

为提高全氟磺酸(Nafion)膜的质子传导率和尺寸稳定性,利用静电纺丝技术制备了氧化石墨烯量子点(GOQDs)/聚丙烯腈(PAN)纳米纤维膜,并通过Nafion溶液浸渍法制备了纳米纤维复合质子交换膜。借助扫描电子显微镜、共聚焦显微镜、热重分析仪和X射线衍射仪等对纳米纤维及复合膜的结构和性能进行表征。结果表明:GOQDs在PAN纳米纤维中均匀分布,GOQDs的加入减小了纳米纤维的直径;纳米纤维形成三维网络结构,对复合膜起到了骨架支撑作用,提高了复合膜的尺寸稳定性,同时提高了复合膜的热稳定性和吸水性;GOQDs质量分数的增加提高了复合膜的质子传导率,80℃时复合膜的质子传导率最高可达0.182 S/cm。