纖維素基空氣過濾材料的制備及其性能研究.pdf

1、近年來因逐漸加劇的人類活動引發(fā)的 PM2.5污染和有毒氣體污染已經(jīng)給人體健康帶來了極大的威脅，再加之石油資源的逐漸枯竭，研究和開發(fā)生物可降型空氣過濾材料來代替常用的聚合物基空氣過濾材料已成為學術界和工業(yè)界關注的焦點。纖維素基空氣過濾材料被認為是最具開發(fā)和應用前景的生物可降型空氣過濾材料。冷凍干燥技術可以保留多孔材料的本質(zhì)結構和形貌，是常用的制備纖維素基多孔材料的方法。因此，本課題選用綠色可再生、可生物降解的纖維素纖維為原材料，采用冷凍干

2、燥技術探究了纖維素纖維在制備空氣過濾材中的應用潛力。主要研究內(nèi)容如下：
　　首先，研究了冷凍干燥法制備纖維素基空氣過濾材料的影響因素和各因素的作用機理。結果顯示，冷凍溫度、纖維懸浮液濃度和纖維的原纖化程度均會影響冰晶的生長方式、形貌和尺寸，從而改變纖維素基空氣過濾材料的微觀結構、孔隙形貌和孔隙尺寸，進而影響過濾材料的空氣過濾性能。當冷凍成型溫度為-56℃，纖維懸浮液濃度為1.5％，纖維的磨漿轉(zhuǎn)數(shù)為50000r時，制備的纖維素基空氣

3、過濾材料對300 nm的顆粒物的過濾效率可以達到65.12%，可應用為粗效空氣過濾材料。
　　然后，為了獲得過濾性能更加優(yōu)異的纖維素基空氣過濾材料，通過向原纖化纖維素纖維/水的分散體系中加入叔丁基醇（TBA）制備了蛛網(wǎng)狀空氣過濾材料，并探究了蛛網(wǎng)狀結構的形成機制。結過表明，TBA誘導蛛網(wǎng)狀結構形成的機理有以下兩點：（1）TBA的存在，可以阻礙微細纖維間的氫鍵結合、增大微細纖維間的化學位阻，從而使微細纖維處于單絲狀態(tài)，有助于蛛網(wǎng)狀網(wǎng)

4、絡的形成。（2）TBA的加入會改變冰晶的結構和結晶動力學，誘導冰晶從尺寸較大層狀結構轉(zhuǎn)變?yōu)樾〕叽鏣BA水合物，從而避免了層狀冰晶對蛛網(wǎng)狀網(wǎng)絡的破壞，使過濾材料的微觀結構從各向異性的層狀結構轉(zhuǎn)變?yōu)楦飨蛲缘闹刖W(wǎng)狀結構。過濾性能測試結果顯示，蛛網(wǎng)狀空氣過濾材料對300 nm顆粒物的過濾效率可以達到99.07%~99.78%，達到了N99水平，可應用為高效空氣過濾材料。
　　最后，為了賦予纖維素基空氣過濾材料氣體吸附性能，使其能夠凈化空

5、氣中的有毒氣體，利用具有氣體吸附特性的 ZIF-8納米晶體對原纖化纖維素纖維進行修飾，制備了 ZIF-8納米晶體/纖維素纖維復合空氣過濾材料。過濾性能測試結果顯示 ZIF-8納米晶體/纖維素纖維復合空氣過濾材料具有優(yōu)異的顆粒物截留能力，其對300 nm顆粒物的過濾效率高達99.99%。N2吸附測試表明，吸附平衡時 ZIF-8納米晶體/纖維素纖維復合空氣過濾材料的N2吸附量是未經(jīng)ZIF-8納米晶體修飾的纖維素基過濾材料的100余倍。甲醛氣