TiO2-活性炭納米纖維濾材的制備及其過濾性能的研究.pdf

1、活性炭纖維（ACF）作為一種新型吸附材料，具有吸附速率快、比表面積大、加工成型性好、對環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)于空氣、水過濾等領(lǐng)域，但存在吸附容量有限和容易二次污染等缺點(diǎn)。納米TiO2具有性能穩(wěn)定、無毒害、價格優(yōu)廉、光催化活性好、可降解VOC等優(yōu)點(diǎn)，但存在VOC低濃度時催化效率低等缺點(diǎn)。本文將TiO2和ACF復(fù)合，實(shí)現(xiàn)兩種材料的優(yōu)勢互補(bǔ)。
　　本文將PAN紡絲液中與酞酸丁酯凝膠按一定比例混合，通過靜電紡絲制備復(fù)合納米纖維膜，接著經(jīng)

2、過預(yù)氧化、炭化和活化制備TiO2/活性炭纖維膜，通過掃描電子顯微鏡、孔徑測試儀、過濾效率測試儀、紅外-拉曼光譜儀、熱分析儀、電子強(qiáng)力儀、光學(xué)接觸角測試儀、VOC吸附檢測裝置，研究各實(shí)驗(yàn)參數(shù)對纖維濾材結(jié)構(gòu)、形貌、孔徑分布、過濾性能、分子結(jié)構(gòu)、機(jī)械性能、質(zhì)量損失、吸濕性能、TiO2負(fù)載率、吸附性能的影響，并通過吸附動力學(xué)模型研究TiO2/ACF的協(xié)同過濾吸附機(jī)理。
　　研究結(jié)果表明，靜電紡絲最佳工藝參數(shù)為PAN質(zhì)量分?jǐn)?shù)18％，施加電壓

3、18kv，注射速度1.5ml/h，PAN紡絲液與TiO2凝膠按10:1.5體積比混合，制備的纖維濾材形態(tài)結(jié)構(gòu)和過濾性能最佳，制備的納米纖維平均直徑為445nm，平均孔徑為4.5μm，過濾效率達(dá)到了99.4%。
　　研究發(fā)現(xiàn)最佳預(yù)氧化溫度為270℃，此時纖維直徑減小，發(fā)生彎曲和斷裂，大分子鏈裂解，發(fā)生脫氫反應(yīng)和環(huán)化反應(yīng)，形成芳環(huán)結(jié)構(gòu)和耐熱性更好的梯形結(jié)構(gòu)，為炭化做好了結(jié)構(gòu)準(zhǔn)備。
　　炭化過程中環(huán)化反應(yīng)、氰基的分解和脫氫反應(yīng)繼續(xù)

4、進(jìn)行，纖維大分子逐漸形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。選擇的最佳活化劑為H3PO4，此時活性炭納米纖維濾材更為均勻，纖維斷裂的較少。隨著酞酸丁酯凝膠比例逐漸增大，纖維濾材損失率逐漸減小，而且具有更高的TiO2負(fù)載率，當(dāng)PAN紡絲液與酞酸丁酯凝膠體積比達(dá)到10:2時，納米TiO2負(fù)載率達(dá)到11.2%，但會造成紡絲困難，綜合考慮后選擇10:1.5的混合比例。此時纖維濾材斷裂強(qiáng)力為18.5N，斷裂伸長率為4%，炭化后纖維濾材損失率為41.24%，接觸角為136

5、.5°，具有很強(qiáng)的疏水性。
　　還研究了復(fù)合納米纖維濾材的吸附性能，結(jié)果表明隨著甲醛初始濃度的逐漸降低、TiO2負(fù)載率逐漸升高、經(jīng)過H3PO4活化，制備的纖維濾材吸附甲醛的效果更好，說明TiO2/活性炭納米纖維濾材更適用于甲醛濃度較低的環(huán)境。本文選用了兩種力學(xué)模型研究制備的活性炭納米纖維濾材吸附甲醛的動力學(xué)特性，結(jié)果表明Lagergren準(zhǔn)二級動力學(xué)模型適合TiO2/活性炭納米纖維濾材吸附甲醛的動力學(xué)描述，得到的關(guān)系曲線擬合很好，