论文部分内容阅读
近年来,空气中颗粒物(PM)污染日益加剧,严重危害了人类的身体健康。同时,随着现代化工业的快速发展,全球能源危机日益加重。因此,亟需开发一种高效低阻、经济环保、能耗低的空气过滤材料。传统的纤维空气过滤材料(如熔喷纤维、玻璃纤维)因具有弯折的孔道结构、高孔隙率等特点,在空气过滤领域占有主要的地位。然而,又因其结构堆积紧密,导致空气阻力大;纤维间孔径大,致使过滤效率较低,难以满足空气过滤材料对高效、低阻的要求。驻极纤维能长期储存大量电荷,并具有在纤维外围产生宏观电场的能力,可以依靠静电力吸附空气中PM2.5。因此,驻极纤维膜已成为最有应用前景的过滤材料。现有的驻极技术如电晕充电技术具有生成电荷少、电荷耗散快等缺点。然而,静电纺丝技术作为制备纳米纤维最为有效的手段,同时使驻极纤维在成纤前原位注入电荷,有效地解决了常见驻极技术的瓶颈。目前,对静电纺驻极纤维膜的驻极及空气过滤性能的研究相对较少,已研究的有尼龙6/勃姆石、聚苯乙烯/聚丙烯腈、聚醚酰亚胺/二氧化硅驻极纳米纤维过滤材料。然而,上述滤材具有空间电荷不稳定,极化电荷数量少等缺点,不利于其实际应用。因此,简便制备出成本低、电荷丰富且稳定的高效空气过滤材料是一个亟待解决的问题。本课题利用静电纺丝技术,采用聚偏氟乙烯(PVDF)为主体聚合物,聚四氟乙烯纳米颗粒(PTFE NPs)为有机驻极体,N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂,制备不同PTFE NPs含量的PVDF/PTFE复合纳米纤维膜。采用扫描电子显微镜、孔径分析仪和自动滤料测试仪等对纤维膜的结构、性能进行表征,确定了PTFE NPs含量为0.05wt%时,PVDF/PTFE复合纳米纤维膜上带有大量的空间和极化电荷,使其过滤性能、电荷性能、热释电性能等达到最佳。此外,为了获得更多更稳定的电荷,采用不同的电压制备PVDF/PTFE复合纳米纤维膜,发现电压为40k V时,纤维膜的表面电势和电荷稳定性有很大提升,表面电势由0.42kV升至3.63kV,电荷衰减率由75.4%降至17.5%。另外考察了纤维膜克重和空气流量对纤维膜过滤效率的影响,结果表明PVDF/PTFE复合纳米纤维膜的过滤效率随着纤维膜克重的增大而增加,并随着空气流量的升高而降低。探究了纤维膜对PM2.5的过滤及净化性能。同时与其他过滤材料的过滤性能进行了对比,发现PVDF/PTFE复合纳米纤维膜具有更优异的过滤性能,过滤效率高达99.972%,阻力压降仅57Pa。结果表明,这种新型的PVDF/PTFE复合驻极纳米纤维膜具有优良的过滤性能及电荷稳定性,使其在空气过滤领域展现出巨大的应用潜力。