静电纺丝多孔碳纳米纤维制备与应用研究进展

为更好地通过静电纺丝技术制备多孔碳纳米纤维,综述了近年来国内外静电纺丝技术实现工业化的可行性,静电纺丝制备多孔碳纳米纤维的方法、多孔结构类型以及多孔碳纳米纤维的应用等方面的最新进展。主要介绍了聚合物与聚合物共混以及聚合物与无机粒子共混静电纺丝多孔碳纳米纤维的2种方法的制备原理及所制得多孔碳纳米纤维的特点,并根据孔结构形状将多孔碳纳米纤维分为中空结构、介孔结构、多级孔结构和碳壳-蜂巢芯结构等类型。最后介绍了静电纺丝多孔碳纳米纤维在电化学、储氢、催化和吸附等领域的应用情况,并对未来多孔碳纳米纤维的发展前景进行了展望。     

制备纳米纤维的静电纺丝接收器研究进展

静电纺丝是制备纳米纤维的重要方法,在众多领域具有较强应用价值,引起广泛关注。所得纳米纤维的取向和结构对其性能有重要影响,近年来研究主要集中于如何获得结构不同、形态各异的电纺纤维材料,以满足不同领域的使用要求。接收器作为静电纺丝装置的重要部分,决定电纺纤维的分布与组合。目前,通过对接收器进行改进已经能够制备三种基本结构电纺纤维材料,分别是排列规则纳米纤维线、图案化纳米纤维膜和三维纳米纤维体。本文简述静电纺丝原理,分别对比三种类型纳米纤维结构制备中所采用的不同接收器结构特点和收丝效果。该综述可供纳米纤维材料制备、静电纺丝装置改进和静电纺丝技术应用等研究参考。     

静电纺纳米纤维纱及成纱装置研究进展

静电纺丝技术是制备纳米纤维最简单有效的方法之一,由其制备的产品形式已经从纤维无规则排列的纤维毡/膜拓展到连续的纳米纤维纱。本文介绍了静电纺成纱原理及其影响因素,概括了国内外静电纺纳米纤维纱成纱装置的进展,分析了这些方法的原理和实用性。得出动态水浴一静电纺丝更有利于制备具有一定捻度的,连续的纳米纤维纱。     

静电纺PAN纳米纤维膜过滤性能研究

为了得到高过滤性能、低压降的纳米纤维过滤材料,研究不同质量分数的聚丙烯腈(PAN)纺丝液在不同纺丝参数下制备的纳米纤维膜,并对其形貌、结构、孔径及过滤性能进行了表征。结果表明,随着PAN质量分数的增大,静电纺丝得到的纳米纤维直径增大,纤维膜平均孔径增大,过滤效率先增大后减小。随着施加电压的增大,制备的纳米纤维直径变小,纤维膜平均孔径减小,过滤效率增大。随着注射速度的增大,制备的纳米纤维直径变化不大,纤维孔径更均匀,过滤效率得到提升。研究得到最佳的静电纺丝参数为:PAN质量分数18%,施加电压18 k V,注射速度1.5 m L/h。     

聚砜酰胺纤维成型工艺的比较与分析

利用自制的湿法纺丝和静电纺丝装置制备了两种在不同作用力成纤系统下的聚砜酰胺纤维。从纤维微观结构、物理性能等方面对两种工艺制备的聚砜酰胺纤维进行综合性能的比较分析。尝试采用COMSOL软件建立湿法纺丝的流体运动模型和静电纺丝的静电场模型,阐明两种作用力下纤维成型的机理。实验结果表明:湿法纺丝制备的聚砜酰胺具有较高的结晶度、较好的力学性能和热稳定性能;而静电纺丝制备的纤维具有更小的纤维直径以及较大的比表面积。     

静电纺PAN纳米纤维膜的微观结构与过滤性能研究

采用静电纺丝技术制备了聚丙烯腈(PAN)纳米纤维膜,研究其微观形貌及过滤性能。结果表明,所制备的PAN纳米纤维形态结构良好。纺丝液中PAN质量分数大时(18 wt%)纤维直径最大;PAN质量分数小(14 wt%),且纺丝电压最大(24 Kv)时,纤维直径最小。纤维直径大时,膜的平均孔径大,为7.6μm;纤维直径小时,膜的平均孔径最小,为2.7μm。孔径最小的纳米纤维膜的过滤效率最佳,达到了98.3%,且呼吸阻力为16.4 mm H2O。     

多孔醋酸纤维素纳米纤维的制备及其对染料的吸附

采用静电纺丝法制备醋酸纤维素纳米纤维,研究了纺丝液溶剂对醋酸纳米纤维形貌结构的影响,并将制备的纳米纤维置于染料中研究其吸附染料的能力。结果表明,通过静电纺丝可成功制备醋酸纤维素纳米纤维,纺丝液溶剂对醋酸纤维纳米纤维形貌结构有较大影响。采用丙酮和二氯甲烷混合溶剂时,制备的纳米纤维表面具有多孔结构,且随着二氯甲烷含量的增加,多孔效果增强,多孔结构的纳米纤维具有良好的吸附染料能力。     

介孔TiO_2纳米纤维的制备及其光催化性质的研究

本论文采用溶胶-凝胶法和静电纺丝法相结合的手段,成功地制备出了具有介孔结构的一维TiO_2纳米纤维。通过对罗丹明B溶液的降解,研究了介孔TiO_2纳米纤维相关的紫外光催化性能。     

静电纺纳米纤维膜在废水处理领域的应用

通过静电纺丝技术制备的纳米纤维膜因其孔径小、比表面积大、相互连通的孔结构等特性在废水处理方面引起广泛关注。为了拓宽静电纺纳米纤维膜在废水处理方面的应用范围,适应日益复杂的水体环境,以近年来国内外对静电纺纳米纤维膜的相关研究为基础,阐述了静电纺纳米纤维膜的种类、废水处理作用机制,综述了不同类型的纳米纤维膜在废水处理方面的发展现状,强调了纳米纤维膜在废水处理方面存在力学性能差、膜通量低等问题,认为通过复合方式可以增强陶瓷纳米纤维膜的力学性能,通过接枝改性、水洗造孔等方法可提高纳米纤维膜的膜通量,为制备具有高力学强度、优异防污性能、可循环使用的耐高温、强酸强碱的纳米纤维膜提供研究方向。     

静电纺丝法宏量制备纳米纤维的研究进展

针对静电纺丝纳米纤维宏量制备过程中的技术问题,系统介绍了近年来国内外提高静电纺产量的最新进展、关键方法与核心技术。围绕多针头和无针头 2 大类宏量制备技术,具体介绍了多种宏量制备方法的原理、结构和特点,从产业应用和学术研究的角度分别对其进行比较,深入分析涉及到的多种宏量制备技术和装置的优缺点,以期推动静电纺丝法制备纳米纤维的产业化和多功能纳米纤维的深入研究。分析表明,无针头类静电纺丝具有电场均匀、产量高等优点,将是静电纺纳米纤维宏量制备技术发展的主要方向,但无针头类静电纺丝的机制、模拟和产业化应用仍需深入研究。     

氮气吸附法表征棉纤维的孔结构

与电子显微镜观察法(TEM)相比,用氮气吸附法测定棉纤维孔结构是一种更有效的方法,它可以进行大容量试样测量和得到更多的孔结构信息。通过解析吸附等温线和DFT分析对棉纤维孔结构(孔体积、孔直径分布)进行表征。结果表明:在棉纤维内部存在开放的孔隙,孔径为2.2 nm的孔体积分布密度最大,孔径在2.0~4.0 nm的孔体积占总孔体积的68.16%,孔径超过5.0 nm的孔体积占总体积的18.49%。     

CO2-filling capacity and selectivity of carbon nanopores: synthesis, texture, and pore-size distribution from quenched-solid density functional theory (QSDFT)

Porous carbons synthesized by KOH activation of petroleum coke can have high surface areas, over 3000 m(2)/g, and high CO(2) sorption capacity, over 15 wt % at 1 bar. This makes them attractive sorbents for carbon capture from combustion flue gas. Quenched solid density functional theory (QSDFT) analysis of high-resolution nitrogen-sorption data for such materials leads to the conclusion that it is the pores smaller than 1 nm in diameter that fill with high-density CO(2) at atmospheric pressure. Upon increasing pressure, larger and larger pores are filled, up to about 4 nm at 10 bar. An ideal CO(2)/N(2) selectivity of such carbon materials tends to decrease substantially upon increasing pressure, for example, from about 8-10 at 1 bar to about 4-5 at 10 bar. All in all, this work confirms the robust CO(2)-filling properties of porous carbon sorbents, their low-pressure selectivity advantages, and points to the critical role of <1 nm pores that can be controlled with activation conditions.     

糯米粉的水分等温解吸及孔特性

糯米粉的等温解吸特性一方面对分析其与周围环境之间的水分传递十分必要,另一方面,还可用于计算糯米粉内孔的特性,借此加深对水分吸附机理的了解。本实验采用静态称质量法在10、20、30℃条件下测定糯米粉在10个水分活度解吸后的平衡水分含量,然后采用4个等温吸附模型对实验结果进行拟合,并分析糯米粉的孔特性。研究结果表明:糯米粉中水分的解吸属于典型的Ⅱ型吸附;Lewicki模型最能描述同一温度条件下的等温解吸过程,而GDW模型能够同时描述温度和水分活度对平衡水分含量的影响。糯米粉中同时存在微孔和介孔;孔径分布为单态分布,仅在微孔区域出现一单峰,温度变化仅对该峰的峰值产生影响;微孔体积随温度降低而增大;糯米粉的吸附面具有分形特性,随温度降低吸附表面的多孔性增强,单位吸附面积增大,最终导致吸附能力增强。     

干热处理辅助酶法制备多孔淀粉及其对淀粉微观结构和理化性质的影响

为了探讨干热处理对酶解制得多孔淀粉颗粒结构和理化性质的影响,采用扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、X射线衍射仪、比表面及空隙度测试仪、热重分析仪等对不同处理的淀粉进行测定,分析比较了干热处理(Dry heat treatment,DHT)对天然淀粉及多孔淀粉的影响。结果表明,经DHT的淀粉表面出现破损,相对结晶度减小;而经DHT制得的多孔淀粉颗粒表面孔洞数量增多,淀粉结晶度提高,耐热性增强;DHT提高了多孔淀粉的比表面积和总孔容,分别从1.16m2/g和21.22×10-3 cm3/g 增大至3.14m2/g和31.41×10-3 cm3/g,使得吸附能力增强。研究结果表明干热处理结合酶解可以改善多孔淀粉的性能。     

采用扫描电镜和图像分析表征帘式涂布涂层中的孔隙结构和粘土取向

造纸行业对高速帘式涂布非常感兴趣,因为帘式涂布可以不使用与网接触的机械计量设备而达到生产高涂布量的涂布纸和纸板的目的。该具有计量功能的涂布工艺避免了很多在计量过程中与高剪切相关的问题和由此带来的缺陷。而且,帘式涂布可以形成覆盖率良好且均匀的涂层。尽管越来越多工厂使用帘式涂布工艺,但对帘式涂布形成涂层的结构特征的研究却很少。在此次研究中,我们将会分析商业化生产的帘涂牛卡纸和纸板的涂层结构,并使用横截面图像分析技术来表征涂层结构。对帘式涂布纸的结构参数如孔隙尺寸分布、颗粒取向以及涂层厚度的均匀性进行了评价,并与传统的刮刀涂布和膜涂布纸进行了对比。结果表明,帘式涂布形成的涂层结构具有更松厚且更多孔等优点。粘土粒子在帘式涂层中分布更均匀,这也表明了帘式涂布具有良好的涂布覆盖率以及涂层厚度均匀性。     

COMPARATIVE STUDIES OF FIVE POROUS SUPPORTS FOR YEAST IMMOBILISATION BY ADSORPTION/ATTACHMENT

Five different porous carriers for brewing yeast immobilisation were compared and evaluated for suitability in a fluidised bed reactor system. Carrier morphology as revealed by scanning electron microscopy, yeast cell load per mass of carrier, minimum fluidisation velocity, and practical aspects of carrier usage were investigated. Electron microscopy revealed both surface attachment and absorption of yeast within carrier pores, depending on the carrier. Carrier pore structure was found to be important: carriers with deep subsurface cavities and narrow pore entrances gave highest levels of yeast immobilisation. The carrier of choice was the smallest diameter porous glass carrier, SIKUG41. SIKUG41 exhibited no practical physical limitations, gave second highest yeast cell loading, and the second lowest minimum fluidisation velocity.     

纤维素纤维的可及度及多孔性能表征研究

纤维素是具有多孔性结构及一定孔径分布的天然高分子材料,其中大部分微孔孔径在纳米数量级.这种特殊的结构使其在原位复合法制备磁性纳米复合材料研究中有无比的优越性和可操作性.本文采用N2吸附法、染料吸附法、保水值测定等手段表征不同原料来源的纤维素纤维的多孔性,并对丝光化和超声波预处理后纤维素纤维的比表面积、孔隙率、孔径和对液体的吸附性能的变化进行了研究.研究表明不同原料的比表面积、孔径尺寸和羧基含量均不相同,云杉纤维羧基含量较高,孔径较小,表面积较大,可作为制备磁性纳米复合纤维素纤维及磁性纸的原料.丝光化和超声波处理能进一步提高纤维素纤维的保水值和可及表面积.     

基于图像处理的网格圈织物孔隙率检测

针对目前网格圈织物的孔隙测试相对困难的问题,本文采用图像处理方法对其孔隙及孔隙率的检测进行研究。首先对扫描所得的网格圈织物图像采用阈值分割方法将其转换成二值图像,对该二值图像可利用投影法判断经纬纱直径,计算得到理论孔隙率;然后对二值图像中纱线主体部分的干扰区域进行剔除,图像取反;最后通过面积滤波后提取孔隙数量、孔隙面积大小、孔隙分布以及计算实际孔隙率等指标,并且对面积过小的孔隙进行位置标定。实验结果表明,用图像处理方法对网格圈织物进行检测,能够客观反映网格圈织物的孔隙率和孔隙分布的均匀性,且实际孔隙率远低于理论孔隙率。     

Novel method for treatment of hollow fiber membranes using hypochlorite

A novel hypochlorite treatment method that enhances hydraulic permeability of hollow fiber membranes used in ultra-filtration was successfully devised and tested. Dope containing polysulfone/poly vinyl pyrrolidon (PVP-K90)/N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) in mass ratio of 15:5:80, respectively, were used to produce hollow fibers via dry-jet wet spinning process. NMP in 1:1 ratio and distilled water were used as bore fluid. Hollow fiber membrane samples were post-treated using the novel, 95°C water and traditional hypochlorite treatments. State of membranes before and after post-treatment were morphologically compared using SEM microphotographs of fiber cross-section in conjuncton with image proceesing techniques. It was observed that in general both the novel and the traditional methods results in elimination of PVP swelling alone with alteration of pore size and pore distribution. This was confirmed by an increase in water flux of the hollow fibers that were subjected to these two post-treatment methods. Atomic force microscopy analysis vividly pointed to an intense increase in the roughness of the inner and outer surfaces of the membranes. This was attributed to the effect of post-treatment methods. It was found that in general post-treatments involving hypochlorite, increases the surface roughness of the membranes. However, increase in rate of the roughness of inner surface of traditionally hypochlorite treated hollow fiber membrane was found to be much higher than those subjected to the novel treatment method. It was established that the developed novel hypochlorite treatment method can be successfully used for production of high permeable hollow fiber membranes which have vast potential in therapeutic applications.