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，被廣泛應于空氣、水過濾等領域，但存在吸附容量有限和容易二次污染等缺點。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，但存在VOC低濃度時催化效率低等缺點。本文將TiO2和ACF復合，實現(xiàn)兩種材料的優(yōu)勢互補。
　　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合納米纖維膜，接著經(jīng)

2、過預氧化、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、電子強力儀、光學接觸角測試儀、VOC吸附檢測裝置，研究各實驗參數(shù)對纖維濾材結構、形貌、孔徑分布、過濾性能、分子結構、機械性能、質量損失、吸濕性能、TiO2負載率、吸附性能的影響，并通過吸附動力學模型研究TiO2/ACF的協(xié)同過濾吸附機理。
　　研究結果表明，靜電紡絲最佳工藝參數(shù)為PAN質量分數(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)結構和過濾性能最佳，制備的納米纖維平均直徑為445nm，平均孔徑為4.5μm，過濾效率達到了99.4%。
　　研究發(fā)現(xiàn)最佳預氧化溫度為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)生脫氫反應和環(huán)化反應，形成芳環(huán)結構和耐熱性更好的梯形結構，為炭化做好了結構準備。
　　炭化過程中環(huán)化反應、氰基的分解和脫氫反應繼續(xù)

4、進行，纖維大分子逐漸形成穩(wěn)定的結構。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負載率，當PAN紡絲液與酞酸丁酯凝膠體積比達到10:2時，納米TiO2負載率達到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°，具有很強的疏水性。
　　還研究了復合納米纖維濾材的吸附性能，結果表明隨著甲醛初始濃度的逐漸降低、TiO2負載率逐漸升高、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模型研究制備的活性炭納米纖維濾材吸附甲醛的動力學特性，結果表明Lagergren準二級動力學模型適合TiO2/活性炭納米纖維濾材吸附甲醛的動力學描述，得到的關系曲線擬合很好，