PAN预氧化纤维针刺复合滤料制备与性能研究

为了改善聚丙烯腈(PAN)预氧化纤维针刺滤料纤维间缠结性能差的问题,通过混入不同含量的聚苯硫醚(PPS)纤维制得PAN预氧化纤维针刺复合滤料,对其形态、纤维缠结程度、力学性能、透气性、孔径尺寸及其分布和过滤性能进行表征和分析。结果表明:添加PPS纤维,提高了滤料中纤维的缠结程度和滤料的致密性;滤料的纵向和横向断裂强力及断裂伸长率均有所提高,当PPS纤维含量为20%时,制得的PAN预氧化纤维针刺复合滤料的最小孔径、最大孔径和平均孔径分别为12.49μm、137.68μm和75.08μm;对微粒粒径为2.5μm的过滤效率达到85%,具有较好的过滤效果。     

静电纺聚丙烯腈复合滤料的制备与性能

将聚丙烯腈粉末加入到N,N-二甲基甲酰胺中,制备12%(wt,质量分数)的纺丝液。以聚丙烯熔喷非织造布为基布,通过改变纺丝时间,制得不同厚度的复合滤料。通过扫描电子显微镜观察熔喷布和纳米纤维的外观形貌,并对复合滤料的孔径、孔径分布、过滤效率、透气性进行表征。结果表明:采用静电纺丝的方法纺制了平均直径为220nm的聚丙烯腈纳米纤维。随着纺丝时间的增加,复合滤料的孔径不断减小,过滤效率逐渐提高,透气性下降。当纺丝时间为60min时,复合滤料的孔径尺寸集中分布在2~5μm,对粒径"≥1.0μm2.0μm"颗粒的过滤效率为99.85%,压力降为200Pa,符合医用防护口罩技术要求,过滤性能达到2级。     

石墨烯改性聚丙烯复合滤料的制备及其过滤性能

针对现有PM2.5滤料使用寿命短等问题,制备了石墨烯改性聚丙烯复合滤料。首先采用改进Hummers法制备氧化石墨烯,并用原子力显微镜、X射线衍射仪和拉曼光谱对其进行表征,结果表明成功制备出高单片层率的氧化石墨烯;然后将氧化石墨烯与聚丙烯非织造材料复合,制备石墨烯改性聚丙烯复合滤料,并表征复合滤料的结构和过滤性能。结果表明:复合使滤料对2.0μm以下微粒的过滤效果增强,且浓度每提升一个等级,过滤效率平均提升5%。浸渍浓度为0.8g/L的MS-8滤料过滤效率最高,与原样相比过滤效率平均提升了8.9%,其过滤阻力仅提高了6Pa,透气率降低了4mm/s。     

空气过滤用微纳米纤维多层梯度复合材料的制备与性能

将薄微米纤维网作为静电纺丝的基材,静电纺聚丙烯腈(PAN)纳米纤维网形成微纳单层复合纤网,再将多个不同过滤精度的单层复合纤网按照一定顺序叠加,经热风粘合工艺加固制备具有逐层变化结构的微纳米纤维多层梯度复合空气过滤材料,分别研究了以纺丝时间为梯度、微米纤维网面密度为梯度的多层梯度复合滤料的孔径及过滤性能.研究结果表明:以纺丝时间为梯度的多层梯度复合滤料的平均孔径、最大分布的孔径均减小;对≥0.3μm颗粒的过滤效率提高了13％,而过滤阻力略微增大,但均在26-30 Pa之间.以微米纤网面密度为梯度的多层梯度复合滤料的平均孔径、最大分布的孔径相近;在过滤阻力保持稳定的情况下,对≥0.3μm颗粒的过滤效率提高幅度较小.因此,不同类型的梯度结构可在阻力略微增大或保持不变的情况下,提高复合材料的整体过滤性能,为制备高效低阻、可实际应用的复合滤料提供思路.     

空气过滤用微纳米聚丙烯腈/皮芯型聚乙烯-聚丙烯双组分纤维多层复合材料的制备与性能

采用静电纺丝技术将聚丙烯腈(PAN)纳米纤维收集在皮芯型聚乙烯-聚丙烯(PE-PP)双组分微米纤维网上,制备PAN/PE-PP单层复合纤维网,再将多个单层复合纤维网层层堆叠,经热黏合加固,制备PAN/PE-PP多层复合空气过滤材料,研究了PAN/PE-PP复合纤维网的层数和纺丝时间对其孔径及过滤性能的影响。结果表明:多层复合的方式可得到与单层复合材料相似的孔径参数,但两种材料的孔道结构不同。在总面密度和总纺丝时间一定时,当PAN/PE-PP复合纤维网的层数大于10层时,PAN/PE-PP多层复合过滤材料的过滤效率和品质因子Q_F均明显大于PAN/PE-PP单层复合过滤材料,阻力略微增大;其中,相较PAN/PE-PP单层复合过滤材料,20层PAN/PE-PP复合过滤材料对≥0.3 μm颗粒的过滤效率提高了33%,阻力增加了5 Pa,Q_F值提高了30%。当总面密度和层数一定时,延长静电纺丝时间≥210 min,20层PAN/PE-PP复合过滤材料对颗粒的过滤效率可提高至90%以上,但阻力也急剧增大,因此静电纺丝时间为210 min的PAN/PE-PP多层复合材料的过滤性能最佳。因此,与相同面密度的PAN/PE-PP单层复合过滤材料相比,PAN/PE-PP多层复合过滤材料的过滤性能明显提高;微纳米纤维多层复合法是制备高效低阻复合空气过滤材料的有效方法。      

新型微孔膜滤料的制备与除尘性能测试

针对常规除尘器滤料压力损失增长快、易磨损、易粘袋等问题,采用环氧树脂、丙酮、二乙烯三胺、有机玻璃树脂、无水乙醇等化学试剂对无纺布滤料基材进行表面改性处理,制备出新型微孔膜滤料;在对其孔径分布、透气性能、力学性能、过滤性能以及形貌结构等进行实验分析的基础上,探讨微观结构与除尘性能的关系。结果表明:无纺布滤料基材经表面改性处理后,新型微孔膜滤料的孔径尺寸为5～50μm,透气性略为降低、过滤精度和力学性能明显提升,机械强度增加;过滤风速在1.2 m/min以下时,新型微孔膜滤料的全尘过滤效率≥99%;分级过滤效率受粉尘粒径大小影响较小,对PM_(2.5)的分级过滤效率≥96%;静态过滤压损随着过滤风速的增大而增大,动态过滤压损随着过滤时间的增加而增大;新型微孔膜滤料的过滤方式为表面过滤,表面附着的三维网状光滑膜层能提高过滤精度,充当粉尘初层,降低动态过滤压损,减少粉尘沉积,提高过滤效率,降低清灰难度。     

空气过滤用电纺聚偏氟乙烯-聚丙烯腈/熔喷聚丙烯无纺布复合材料的制备及过滤性能

为开发高效低阻的空气过滤材料,采用静电纺丝技术制备了聚偏氟乙烯（PVDF）-聚丙烯腈（PAN）复合纳米纤维,并与聚丙烯熔喷非织造布复合制得高效复合过滤材料,研究了PVDF与PAN的质量比对溶液性质、表面形貌、比表面积、透气性和过滤性能的影响。结果表明,当PVDF与PAN质量比为3:5时,其溶液可纺性最好,所得纤维直径均匀,约为0.59 μm;利用BET比表面积分析仪测试可得其比表面积约为PVDF与PAN质量比为2:1时的两倍;利用滤料测试仪对PVDF-PAN/熔喷聚丙烯（PP）无纺布复合滤材的过滤性能进行测试,结果表明,静电纺PVDF-PAN纳米纤维层可显著提高聚丙烯熔喷非织造布的过滤性能,PVDF-PAN/熔喷PP无纺布过滤效率可达99.95%,明显高于熔喷无纺布的过滤效率（65%）,过滤阻力为77 mmH₂O（1 mmH₂O=9.8 Pa）,过滤品质因子达0.0987,远高于熔喷无纺布的过滤品质因子0.0168,过滤效果得到显著提升。      

改性麦饭石/聚乳酸复合纤维薄膜的制备及其空气过滤性能研究

采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)对麦饭石(MS)进行改性处理,通过静电纺丝法将改性后的麦饭石(KH550-MS)与聚乳酸(PLA)复合,制备了一种可降解MS/PLA复合纤维薄膜,并研究了其对空气中悬浮微粒的过滤行为,探讨了KH-550改性前后MS的表面特性、分散性、活化率及粒径分布情况。结果表明:经KH-550改性后,MS的表面活化率从5.5%增至91%,粉体表面每nm~2羟基数从8.6降至3.2,比表面积从22213.78m~2/kg增至23546.28m~2/kg,颗粒平均直径由0.31μm降至0.29μm。对空气中悬浮微粒的过滤性能测试结果表明:KH550-MS/PLA复合纤维膜对粒径在0.5～1μm、1～2.5μm、2.5～5μm以及5～10μm不同区间粒径的颗粒过滤效率分别为91.32%、97.11%、99%和99%,高于MS/PLA复合纤维膜。复合纤维膜具有良好的透气性,初阻力维持在34～37Pa范围内。与MS/PLA复合纤维膜相比,KH550-MS/PLA复合纤维膜过滤性能明显增强。     

发泡涂层对PPS滤料表面性能的影响

采用聚四氟乙烯(PTFE)分散液为涂层剂主要原料,并添加一定比例的发泡剂、助剂等,对聚苯硫醚(PPS)过滤材料进行发泡涂层处理,研究了涂层对滤料结构和性能的影响。通过扫描电镜的结果分析表明,发泡涂层后的PPS滤料表面形成了1层致密的多孔结构。过滤效率和孔径测试结果表明,经涂层处理后PPS滤料的过滤性能有所提高,孔径的尺寸也变得更小,滤料的最小孔径从26.33μm缩小到1.26μm。对滤料的耐磨性研究表明,涂层后滤料的耐磨性得到了明显的改善,在转速70r/min条件下,从616次增加到27941次,增加了滤料的使用寿命。     

PTFE自组装涂层对PPS滤料性能的影响

PPS滤料因其极高的性价比在烟气过滤领域中得到广泛应用,然而,PPS滤料在工作过程当中极容易遭到氧化破坏,缩短使用寿命。对PPS滤料分别进行PTFE浸渍涂层和PTFE自组装涂层处理,并通过SEM、拉伸强力仪、VDI滤料动态过滤性能测试仪等对所制备滤料的表面性能和过滤性能进行比较。结果表明,相较于PTFE浸渍涂层滤料,PTFE自组装涂层滤料纤维表面覆盖率大大提高,纤维表面颗粒覆盖率95%,并且纤维空隙没有多余团聚的PTFE颗粒。由于PTFE在滤料纤维表面上形成的包覆保护作用,PTFE自组装涂层滤料相较于纯PPS滤料和PTFE浸渍涂层滤料表现出优异的耐酸碱腐蚀、耐氧化性以及过滤清灰性能。因此,PTFE自组装涂层滤料技术为制备高寿命、易清灰滤料提供了一种有益的思路。     

预氧化条件对聚丙烯腈炭膜性能的影响

采用浸渍法在煤基炭管上制备出聚丙烯腈基复合炭膜,考察了预氧化条件对聚丙烯腈(PAN)基炭膜性能的影响.结果表明,随着预氧化温度的升高,炭膜的孔径分布越逐渐变宽,平均孔半径和通量逐渐增大;延长预氧化时间,炭膜的平均孔半径和气体通量均有所增加.通过优化这些实验参数可以制备出复合效果好、表面光滑无缺陷的PAN炭膜.     

细菌纤维素加固二醋酸纤维制备无纺布及表征

采用细菌纤维素生物复合的方法实现加固二醋酸纤维网制备无纺布材料的目的。采用扫描电镜和傅里叶变换红外光谱仪对材料的结构进行了表征;利用电子万能试验机对材料的拉伸性能进行了测试;毛管流动空隙测量仪、全自动透气量仪和滤料综合性能测试台表征其孔隙结构、透气性和过滤性能。实验结果表明,细菌纤维素可以缠结加固二醋酸纤维网,依靠氢键结合作用在纤维网的表面及内部进行穿插,并且保持原有的纳米网状结构;无纺布材料的断裂强度为8.39 MPa,弹性模量为92.37 MPa;平均孔径是87.0μm,透气率为157 mm/s,对1.0μm粒子的过滤效率达99.2%,过滤阻力为102 Pa。     

改性SiO2凝胶涂层滤料制备与性能

从滤料表面改性的角度对提高滤料在高湿环境中运行的稳定性进行研究。以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)滤料为基材、正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体、甲基三乙氧基硅烷(MTES)为低表面能物质,采用溶胶-凝胶法,在滤料表面原位生成SiO₂纳米粒子,制备改性SiO₂凝胶涂层滤料。采用FESEM- EDS、FTIR和接触角测量仪分析了PET滤料表面化学成分、润湿性能及表面形貌的变化。结果表明:整理后PET滤料表面生成SiO₂纳米粒子,经MTES改性处理后滤料表面布满疏水的甲基基团,滤料疏水性能显著提高,其表面水接触角达154.11°。SiO₂颗粒在滤料表面均匀分布,凝胶聚合物仅在纤维交叉处沉积,使滤料透气性得以保证,过滤效率由97.0595%增加到99.2028%,过滤品质因数由0.02124增加到0.02761,提升了30%。      

电气石颗粒/聚苯硫醚针刺毡复合过滤材料的过滤性能

为提高工业用过滤材料对细颗粒物的捕集效率,以袋式除尘用聚苯硫醚（PPS）针刺毡为基材,聚氨酯热熔胶膜为黏合层,通过溶液沉淀法将具有自发极化特性的电气石（TM）颗粒覆于基材表面,经热压处理制备了含不同纯度、不同含量、不同颗粒粒度的TM颗粒/PPS针刺毡复合过滤材料;利用SEM研究了TM对微细粒子的吸附情况,利用滤料性能测试装置研究了TM颗粒/PPS针刺毡的过滤性能,结果表明：附着TM颗粒后,TM颗粒/PPS针刺毡对亚微米粉尘过滤效率明显提高,TM纯度越高效果越好,纯度为87.16%时,滤料对0.3~1 μm粒子过滤效率提高幅度≥13.35%;最优附着浓度为5 mg·cm^-2时,用于综合评价滤料过滤效率与阻力的滤料品质因数Q_F值最高;TM颗粒粒径越小,过滤效率提升效果越明显,TM颗粒粒径18~38 μm时,对0.3~1 μm粒子过滤效率提高幅度≥7.25%。TM颗粒/PPS针刺毡复合滤料较传统针刺毡滤料过滤性能明显增强。     

硼酸改性对预氧化过程中PAN纤维结构变化的影响

预氧化前对聚丙烯腈(PAN)纤维进行硼酸溶液浸渍改性,通过红外吸收光谱和固体核磁研究硼酸改性对PAN纤维预氧化结构变化的影响。结果表明:硼酸对PAN纤维预氧化环化反应有一定的抑制作用,随着硼酸溶液浓度增加,硼酸对PAN纤维环化反应的抑制程度增加。硼酸对环化反应的抑制可防止纤维外层致密层的形成,有利于均质化程度的提高,并可防止PAN纤维表面被过度氧化。     

耐高温磁性玄武岩滤料的制备及捕集微细颗粒物研究

依次采用浸渍法与原位聚合法在玄武岩纤维表面均匀负载铁酸钴(CoFe_2O_4)纳米粒子,后经充磁处理后制备成磁性玄武岩功能滤料。在此基础上,分别采用SEM、VSM、FTIR、XRD等表征方法分析了磁性玄武岩滤料中CoFe_2O_4纳米颗粒的分布形态、剩磁及矫顽力大小、纤维表面官能团的作用机制及CoFe_2O_4负载结晶度。接着将原位聚合法制得的磁性玄武岩滤料在高温中处理24 h,并依次对原始玄武岩滤料、磁性玄武岩滤料及高温处理的磁性玄武岩滤料进行过滤性能实验。结果发现:相较于浸渍法,通过原位聚合法制备的磁性玄武岩滤料剩磁更强,CoFe_2O_4纳米粒子负载结晶度更好;250℃高温处理的磁性玄武岩滤料过滤性能最佳,对PM2.5的过滤效率达到了92.1%,相较原始玄武岩滤料提高了33.9%;同时原始玄武岩滤料过滤阻力低于磁性玄武岩滤料,但随着滤料粉尘负荷的增大,磁性玄武岩滤料的磁性粒子对滤料过滤阻力的影响变小。     

麦饭石/聚乳酸纤维膜的制备及其空气过滤性能

为解决当前过滤材料过滤效率低,对空气中悬浮颗粒不能进行有效过滤,并因其不可降解而造成对环境的二次污染问题。本文以左旋聚乳酸(PLLA)为原料,加载天然麦饭石颗粒,通过静电纺丝法制备了可降解的麦饭石/PLLA复合纤维薄膜.利用场发射扫描电镜(FE-SEM)、红外光谱(FTIR)、介电常数测试,过滤性能测试、热失重分析(TGA)对麦饭石/PLLA复合纤维膜微观结构及其对空气中悬浮微粒的过滤性能进行了表征测试.结果表明：复合纤维膜的纤维表面呈扁平状,中间塌陷成沟,并且隔一段距离出现类似竹节状的“结节”,纤维平均直径为644 nm.经测定,复合纤维薄膜的介电常数为3.02,明显高于一次性医用口罩.复合纤维膜对粒径≥1 μm、≥ 2.5 μm、≥10 μm的悬浮颗粒平均过滤效率分别为88.94%、95.41%、96.18%,过滤初阻力稳定维持在35~39 Pa.TGA定量分析表明复合纤维膜对烟气总吸附率大于31.2%,对比医用一次性口罩,复合纤维膜过滤效率明显增强.     

NaA型分子筛掺杂PAN/PES复合纳米纤维膜制备及性能研究

通过水热法合成NaA型分子筛颗粒,采用静电纺丝技术成功制备了NaA型分子筛掺杂聚丙烯腈(PAN)/聚醚砜(PES)复合纳米纤维膜。以扫描电子显微镜、X射线衍射、傅里叶变换红外光谱分析等手段对制备的NaA型分子筛以及PAN/PES/NaA复合纳米纤维膜进行表征及测试,同时探索了NaA型分子筛的掺杂量、纤维膜的面密度以及测试粒径、时间、气溶胶流速对空气过滤性能的影响。空气过滤测试结果表明:在NaA型分子筛掺杂量为1.5%(质量分数),纤维膜面密度为0.72g/m~2条件下,对粒径为0.33μm的邻苯二甲酸二辛酯气溶胶颗粒的过滤效率高达96.525%,空气过滤压降仅为65.337Pa,品质因数为0.096Pa~(-1)。     

多孔超细醋酸纤维/涤纶非织造布复合滤材的制备及性能

采用静电纺丝技术,借助高挥发溶剂的制孔性,通过调控二醋酸溶液的浓度,制备了串珠状、条带状和圆柱状的多孔二醋酸超细纤维。通过扫描电镜观察纤维形貌,通过电导率仪测试纺丝液电导率,运用黏度计测试纺丝液黏度,利用滤料综合性能测试台测试纤维形貌、纺丝时间及空气流量对复合滤料过滤性能的影响。实验结果表明,随溶液浓度增加,多孔纤维形貌可由"串珠状"过渡到"条带状"最终变为"圆柱状",条带状纤维和圆柱状纤维有利于提高纤维的过滤效率,而串珠状纤维有利于降低复合滤料的过滤阻力;随着纺丝时间的延长,复合滤料的过滤效率和过滤阻力均呈增大趋势;随着空气流量的增加,复合滤料过滤效率略有降低,而其过滤阻力增加明显。     

金属掺杂对碳纳米纤维结构及导电性能的研究

以DMF为溶剂,利用静电纺丝法制备了PAN/Ni(OAc)_2、PAN/Co(OAc)_2和PAN/Cu(OAc)_2复合纳米纤维,在250℃对复合纳米纤维进行预氧化处理,然后在800℃下进行碳化处理得到碳基复合纳米纤维。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)和比表面与孔径分析仪(ASAP 2020)等对复合纳米纤维表面形貌和结构进行了表征,用四探针测试仪测试碳基复合纳米纤维的电导率。研究结果表明:高温处理后C/Co、C/Ni和C/Cu复合纳米纤维的直径比前驱体复合纳米纤维有所下降,部分纤维发生断裂,金属Co、Ni和Cu较均匀地分散在碳纤维内部。碳基复合纤维的比表面积和孔体积大大增加,分别为597m~2·g~(-1)和0.297cm~3·g~(-1),C/Cu复合纳米纤维的导电率最高可达8.75S/m。