论文部分内容阅读
随着全球工业化的快速发展,空气污染问题日趋严峻,尤其是空气中空气动力学直径小于或等于2.5μm的细颗粒物(PM2.5)可携带重金属、多环芳烃等有毒有害物质。轻则引起呼吸系统感染,重则引发肺癌、脑血管等疾病,故开发终端高效空气纤维滤料成为了降低PM2.5对人体伤害的重要突破口。在众多空气过滤材料中,驻极体纤维滤料可在不增加压降的情况下依靠静电力捕获PM2.5,因此在高效低阻空气滤料中独占鳌头,然而其存在电荷遇湿迅速散逸的致命缺点。此外,采用熔喷技术制备的空气滤料兼具孔隙率高、过滤通道长、压降低、产量高等优势,但微米级纤维尺度制约了其在过滤性能上的进一步提升。鉴于此,本文通过三部分制备出遇水后过滤稳定性能优良和高效低阻的仿树皮熔喷静电纺复合膜。所取得的主要研究成果如下:(1)细化熔喷膜的纤维直径至纳米级并使纤维表面带有树皮状沟壑。运用聚丙烯(PP)和聚碳酸酯(PC)聚合物两者的不相容性和粘度差异产生的抽拔拉细作用一步法制得平均纤维直径达纳米级尺度的仿树皮PPC熔喷膜。此外,驻极体PC可充当PP的成核剂显著提升膜的表面电位值。以97%PP/3%PC为配比的PPC-3膜综合过滤性能最优,PM2.5过滤效率和品质因子分别为71.03%和0.0269Pa-1,较PP膜的39.12%和0.0165 Pa-1分别提高了81.57%和63.03%,压降为46Pa。(2)制备遇水后过滤性能稳定的高效低阻仿树皮熔喷膜。在第一部分研究的基础上,通过一种新型原位生长方法将PPC膜与高比表面积、耐水热性能优良的沸石咪唑酯骨架ZIF-8相结合制得PPC/ZIF8-9仿树皮复合膜。所得膜在有效提高过滤效率的同时不增加压降值,其PM2.5过滤效率和品质因子分别为91.68%和0.0553 Pa-1,较PPC-3膜分别提升29.07%和105.58%。此外,该膜在经过五次过滤-洗涤-干燥循环后依然具备较为优异的过滤性能。(3)进一步提升第二部分制备的PPC/ZIF8-9膜的过滤性能。将PPC/ZIF8-9膜与PVDF/ZIF-8静电纺膜相复合制成PPC/PVDF/ZIF-8仿树皮熔喷静电纺复合膜。其中,静电纺丝液以0.2%ZIF-8/7.8%PVDF/92%DMF为配比的PPC/PVDF/ZIF8-2膜的过滤性能最优,其PM2.5过滤效率和品质因子分别为99.82%和0.1236 Pa-1,较PPC/ZIF8-9膜分别提高了8.88%和123.51%,压降仅为51 Pa。经过五次过滤-洗涤-干燥循环后的过滤性能依旧处于98.03%的较高水平。此外,PPC/PVDF/ZIF8-2膜的表面电位由PPC/ZIF8-9膜的-1011.2 V提升至-2709 V。综上所述,本文制备的PPC/PVDF/ZIF8-2仿树皮熔喷静电纺复合膜较相同工艺条件下制备的纯PP膜在PM2.5过滤效率、品质因子、表面电位上分别提升了155.15%、649.09%和1685.76%,压降仅增加21 Pa。此膜在高效空气滤料中过滤性能突出,有望为开发高效低阻且遇水后过滤稳定性优良的PM2.5空气滤料提供新思路。