静电纺丝磺化聚醚酮多孔纳米纤维膜及其吸附性能研究

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近年来,染料污染引发的环境问题愈发严峻,纳米纤维膜染料污染去除领域优势明显,制造高比表面积、提高吸附性能多孔纳米纤维已成为其研究重点。本文结合了静电纺丝与非溶剂诱导相分离,实现了高比表面积高吸附性能的多孔纳米纤维膜的制备的同步制造,围绕多孔纳米纤维膜成型调控规律及其染料吸附机理,从静电纺丝前驱体制备、静电纺丝过程工艺调控、静电纺丝纳米纤维后处理三个阶段展开研究。研究了前驱体材料磺化酚酞侧基聚芳醚酮(SPEK-C)的磺化制备工艺,及其对静电纺丝纳米纤维膜吸附性能作用规律。磺化时间从lOh增加到30h时,其磺化度由47%增大到了78%,静态水接触角由129.7°减小到了35.8°。磺酸基团是正电染料的高效吸附位点,因此电纺纳米纤维吸附容量随着磺化度的增大而增加,当pH为8时,SPEK-C纤维膜对亚甲基蓝(MB)染料的吸附容量高达171.9mg/g。研究了静电纺丝工艺对非溶剂诱导相分离过程及SPEK-C静电纺丝纤维的沉积形式、纤维直径、表面孔隙率对吸附性能的作用规律,经参数优化,SPEK-C多孔静电纺丝纤维膜对MB的吸附容量提升到275.77mg/g。通过酒精浸泡及烘干温度后处理的工艺调整提升了纳米纤维膜的表面孔隙率及吸附能力。酒精后处理浸泡能够提升SPEK-C多孔纳米纤维的吸附性能;烘干温度小于120℃时,纤维膜的吸附性能在受温度的影响不大,而烘干温度处于160℃~240℃时,纤维膜的吸附性能将急剧下降。酒精浸泡及60℃低温烘干后,对MB的吸附容量提升到了284.61mg/g。对SPEK-C多孔纳米纤维膜进行了性能测试及模型分析,实验结果表明SPEK-C多孔纳米纤维膜具有优异的吸附容量、再生性能、亲水性及吸附深度。SPEK-C纳米纤维膜符合Langmuir等温吸附模型及准二级吸附动力模型,其理论最大吸附容量是331.48mg/g,最大吸附速率为115.97mg/(g-h)。本文研究了SPEK-C多孔高性能吸附纤维膜的制造,通过结合静电纺丝技术与非溶剂诱导相分离技术实现了高比表面积纤维膜的制备,有利于推动染料吸附膜技术的发展。
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