【摘 要】
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经济的快速增长改善人们生活条件的同时也带来了一些环境问题,特别是空气污染。空气污染物的成分有很多种,会对人类身体健康造成威胁,其中最为突出的是空气动力学当量直径小于等于2.5微米（PM2.5）的一些细小颗粒物,世界卫生组织在2013年将PM2.5列为第一类致癌物质。PM2.5导致的雾霾天气通常持续时间长,影响范围广,开发高效空气过滤膜用以应对严重空气污染,改善人类生存环境,延长人类平均寿命具有重要
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经济的快速增长改善人们生活条件的同时也带来了一些环境问题,特别是空气污染。空气污染物的成分有很多种,会对人类身体健康造成威胁,其中最为突出的是空气动力学当量直径小于等于2.5微米（PM2.5）的一些细小颗粒物,世界卫生组织在2013年将PM2.5列为第一类致癌物质。PM2.5导致的雾霾天气通常持续时间长,影响范围广,开发高效空气过滤膜用以应对严重空气污染,改善人类生存环境,延长人类平均寿命具有重要意义。目前市面上的空气过滤材料更多的是以无纺布,玻璃纤维以及熔喷驻极纤维为主的宏观材料,滤材本身性能以及过滤效率都有一定的限制,静电纺丝技术在近年来得到广泛应用,用该技术制备的材料往往纤维直径小,孔隙率高,将在高效空气过滤方面有着广阔的应用前景。本文以聚丙烯腈（PAN）为基材,采用静电纺丝制备具有耐高温性能的纳米纤维过滤材料,研究材料的亲疏水性和催化助剂对过滤效率以及催化降解性能的影响,探讨催化降解和过滤效率影响机制。主要研究内容如下。（1）PM2.5通常与空气中的水蒸气共同存在,这一特点为改善纤维膜的性能提供了理论依据。以PAN和强亲水性的聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为原料,采用静电纺丝方法,制备PVP/PAN复合纳米纤维膜。采用傅里叶红外,扫描电镜以及热失重等表征了复合纤维膜的结构与性能。探讨PVP含量对PVP/PAN复合纳米纤维膜形貌结构以及过滤性能的影响,结果表明PVP提高了PVP/PAN复合纳米纤维膜的亲水性,当PAN与PVP溶液质量比为9:1时,纤维膜过滤效率提高至83.4±3.6%,同时克重为1.17g/m~2时制备得到的复合纤维膜品质因子最高为0.10 Pa-1。（2）材料的疏水结构可以有效的提高静电的聚集效应,从而提高过滤的静电吸附性能。以含氟改性的聚酰亚胺为疏水改性剂,制备得到F-PI/PAN复合纤维膜。探讨了F-PI对F-PI/PAN复合纤维膜的表面结构、疏水性能、机械性能和空气过滤性能的影响。发现F-PI的添加使得纤维膜具有良好的疏水性能,使得纤维膜的过滤性能明显改善,当F-PI与PAN浓度比为8:2时,纤维膜的过滤效率达到99.4±0.3%,纤维膜克重为1.74g/m~2时品质因子最高达到0.123 Pa-1。同时纤维膜的力学性能随着F-PI的添加得到明显改善,断裂强度是纯PAN膜的1.63倍。（3）室内空气的净化也是空气过滤材料研究的重点。以三聚氰胺为原料制备环境友好型g-C3N4纳米片作为光催化剂,通过溶液分散混合,采用静电纺丝的方法,制备g-C3N4/PAN光催化复合纤维膜。探究g-C3N4对光催化复合纤维膜的PM2.5和甲醛的过滤效率影响。结果显示g-C3N4纳米片的添加导致纤维膜的粗糙度增加从而使得PM2.5的过滤效率提升,当添加量为3%时,过滤效率达到99.82%,克重为0.93 g/m~2时纤维膜品质因子最高达到0.121Pa-1。同时亚甲基蓝的降解实验证明该纤维膜光催化性能良好,也体现出良好的甲醛过滤性能,效率高达78.2±1.8%。g-C3N4的添加使得纤维膜PM2.5过滤性能提高的同时,具备了良好的甲醛过滤性能。
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