氧化石墨烯掺杂芳纶高温除尘滤料制备及性能研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院重庆绿色智能技术研究院) | 被引量 : 0次 | 上传用户:ylyyjj
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目前,大气环境污染特征逐渐转变为复合型,细颗粒物和臭氧污染持续加重,二氧化硫、氮氧化物、PM2.5等污染物的排放量受到更加严格的控制。对冶金、机械、垃圾焚烧、化工、电力等行业的各种工业锅炉、炉窑所排放出来的高温含尘废气要求更高。目前,进口滤料在国内滤料市场仍占主要位置,因此研究开发耐高温、耐腐蚀、高过滤效率和低风阻等性能的滤料具有重要的意义。间位芳纶(PMIA)的阻燃性、电绝缘性,耐辐射性和热稳定性等性能突出,但在高温除尘过程中,相对于聚四氟乙烯、玻璃纤维等耐高温材料在耐高温耐腐蚀方面还有一定的差距。本文将氧化石墨烯(GO)与PMIA混合,采用静电纺丝技术制备PMIA/GO复合纳米纤维膜。通过掺杂GO来提高PMIA纳米纤维膜的耐温性耐腐蚀性及空气过滤性能。首先研究了不同添加量的GO对PMIA纳米纤维膜性能的影响。通过研究发现,掺杂的GO与PMIA分子间形成氢键。当GO的添加量为1.0wt%时,纳米纤维膜的直径呈现更小尺寸分布,纳米纤维膜的疏水性,热稳定性和空气过滤性能均提高。其次,本文进一步探讨了添加1.0wt%GO的复合纳米纤维膜的耐温性,通过对纳米纤维膜进行热处理,并结合其结构、形貌、力学性能和空气过率性能来分析探究纳米纤维膜的耐温性。结果发现GO提高了纳米纤维膜的断裂强度和空气过滤性能。经过210℃加热处理后,PMIA纳米纤维膜和PMIA/GO复合纳米纤维膜的空气过滤效率降低,但能维持在90%以上,阻力分别降至46.72Pa、62.28Pa。经过260℃加热处理后,PMIA纳米纤维膜的断裂强度、空气过滤效率和阻力大幅降低,纤维甚至出现断裂现象,而复合纳米纤维膜的空气过滤效率仍保持在89.49%,而阻力仅为58.94Pa。GO的加入提高了纳米纤维膜的热稳定性。最后,对纳米纤维膜的耐酸碱腐蚀性进行了探究。将纳米纤维膜置于质量分数为30%H2SO4溶液和10%NaOH溶液中进行常温浸泡处理。通过探究发现经过酸碱浸泡后,纳米纤维膜的断裂强度和断裂伸长率均明显降低,过滤效率和阻力均提高,且阻力变化幅度较大。经酸碱溶液浸泡后,虽然复合纳米纤维膜的过滤效率提高至99%以上,但阻力高达200Pa以上。经初步探究发现GO掺杂对纳米纤维膜的耐腐蚀性改善不明显。
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