駐極聚醚酰亞胺-二氧化硅納米纖維膜在空氣過濾中的應用.pdf

1、隨著工業(yè)化進程的深入和快速發(fā)展，排放到大氣中的粉塵顆粒物急劇增加，其中 PM2.5（粒徑小于2.5μm的顆粒污染物）會對人類的健康造成嚴重的傷害，其被吸入人體后會直接進入支氣管，引發(fā)哮喘、支氣管炎、塵肺和心血管病等疾病，這是造成我國肺癌患者急劇增加的主要原因之一。此外， PM2.5還會導致霧霾天氣頻發(fā)和霧中有毒有害物質濃度的大幅增加，影響人們的正常出行并對動植物的正常生長造成嚴重危害。因此，設計和制備能有效降低空氣中顆粒污染物的過濾材料

2、是一項關乎民生健康、國家和諧發(fā)展的重大課題。傳統(tǒng)的熔噴非織造駐極材料經過駐極處理，表面帶上電荷使其具有較高的過濾效率，但其電荷穩(wěn)定性易受環(huán)境影響，且電荷衰減速率較快，過濾效率隨之大幅下降。此外，駐極過程作為一項必須的后處理工藝也在一定程度上增加了生產成本。為了克服上述熔噴駐極過濾材料存在的問題，本課題采用性能優(yōu)異的無機駐極體，通過靜電紡絲技術一步制備電荷穩(wěn)定性強且具有高過濾效率和低空氣阻力的靜電紡/駐極體復合纖維膜材料。
　　本課

3、題采用靜電紡絲技術，首先以聚醚酰亞胺（PEI）為原料， DMF/NMP=1/1（wt/wt）為溶劑（DMF為N,N-二甲基甲酰胺，NMP為 N-甲基吡咯烷酮），制備出不同濃度的PEI纖維膜，并采用 FE-SEM、強力拉伸儀和 LZC-H過濾性能測試臺等對纖維膜的結構和性能進行表征，確定了PEI的質量濃度為20％；其次在20％的PEI溶液中分別加入固含量為6％的勃姆石（Boehmite）、二氧化硅（SiO2）、氮化硅（Si3N4）、鈦酸鋇

4、（BaTiO3）四種駐極體。駐極體的加入使靜電紡纖維膜帶上大量空間電荷，使其過濾效率有較大的提高，同時結合可紡性、過濾性能、表面電荷衰減性能、熱釋電性能，確定了最佳的駐極體材料為SiO2。最后考察了SiO2添加量對PEI-SiO2復合纖維膜形貌結構、孔徑結構、過濾性能、表面潤濕性的影響。結果表明：當 SiO2固含量為6％時，其過濾效率最大為95.20％，壓阻為11.7Pa（空氣流量為32L/min）；并且復合纖維膜與水的接觸角達到152

5、o，與商品化的熔噴聚丙烯（PP）膜相比表現(xiàn)出更好的自清潔性。
　　此外還研究了纖維克重和空氣流量對纖維膜過濾性能的影響，發(fā)現(xiàn)隨著克重的增加，PEI-SiO2復合纖維膜過濾效率增加；隨著空氣流量的增加，復合纖維膜過濾效率略有降低；同時，PEI-SiO2復合纖維膜在200℃高溫下處理30min過濾效率幾乎不變，其過濾效率為99.99％，而商品化PP纖維膜在180℃處理30min后，其過濾效率接近0。上述研究表明，PEI-SiO2復合纖