静电纺制备PM2.5空气过滤材料及其性能研究

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1、，１论文分类号：２学校代码：１０７０８１学号：５０３００９ＳＨＡＡＮＸＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ硕士学位论文Ｔ’ｈｅｓｉｓｆｏｒＭａｓｔｅｒｓＤｅｇｒｅｅ静电纺制备ＰＭ２．５空气过滤材料及其性能研究张明明指导教师姓名：薛朝华学科名称：应用化学论文提交日期：２０１８年３月论文答辩日期：２０１８年５月学位授予单位：陕西科技大学申请工学硕士学位论文论文题目：静电纺制备PM2.5空气过滤材料及其性能研究学科门类：工学一级学科：化学工程与技术培养单位：轻工科学与工程学

2、院硕士生：张明明导师：薛朝华2018年5月PreparationandPropertyofElectrospunNanofibrousMembraneforAirFiltrationAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringScienceByMingmingZhangSupervisor:Prof.ChaohuaXueMay2018静电纺制备PM2.5

3、空气过滤材料及其性能研究摘要空气过滤材料的使用是人们被动应对严重空气污染的一种手段，该材料的过滤效率直接影响个体免受颗料物污染的程度。传统的无纺布过滤材料，纤维直径在微米级，其形成的基材孔径较大，难以达到对细小颗粒物的过滤要求。近年来，纳米纤维过滤材料的制备成为学术界的研究热点，受到产业界的高度关注，并有相关产品受到了人们的青睐。本课题通过静电纺丝技术制备多孔纤维膜材料，对其结构、形貌和过滤性能等进行了研究。（1）通过静电纺丝技术，以聚丙烯腈（PAN）为静电纺丝原料，N,N-二甲基甲酰胺为溶剂，制备了PAN纳米纤维膜。采用扫描电子显微镜对纤维的结构和形貌进行了

4、观察，采用图形处理软件对膜纤维的直径及其分布进行了统计和分析，设计过滤装置对纤维膜的过滤效率进行了测试。考察了溶液质量分数、外加电压、接收距离及纺丝液的注射速率这四项参数对纤维膜的结构、形貌和过滤效率的影响。结果表明，当PAN纺丝液浓度为6%、外加电压为16Kv、注射速率为0.5mL/h、接收距离为12cm时，所得纤维直径最小，为84.61nm，当静电纺丝时间为5h，膜的厚度为102μm时，所得PAN纤维膜材料具有较高的空气过滤效率，为98.5%。（2）PM2.5颗料污染物通常与空气中的水蒸气共同存在的特点为纤维膜材料的性能要求提供了一定的依据。在PAN纺丝液

5、中加入一定量的聚乙烯吡咯烷酮（PVP），通过静电纺丝技术制备了PAN/PVP复合纤维薄膜,以期利用PVP的强亲水性提高PAN纤维膜的极性。研究PVP的加入对纤维直径和纤维膜形貌的影响，考察PVP的加入量与纤维膜的亲疏水性能之间的关系及其影响纤维膜过滤效率的规律。结果表明，当PVP的加入提高了纤维膜的极性，当用量为PAN质量的12%时，纤维膜的水滴接触角最小，为14.7°，所得PAN/PVP纤维膜具有更好的过滤效率，为99.2%。研究表明，采用PAN可以制备出过滤性能优异的空气过滤膜材料，提高PAN膜材料的极性有利于提高其过滤效率。关键词：静电纺丝；聚丙烯腈；聚

6、乙烯吡咯烷酮；空气过滤IPreparationandPropertyofElectrospunNanofibrousMembraneforAirFiltrationABSTRACTAirfiltermaterialswereusuallyusedtoprotectpeoplefromseriousairpollution.Theirfiltrationpropertyaffectsdirectlytheabilityofthematerialstoprotectpeoplefrombeingattackedbytheparticulatematters.The

7、rearesomedifficultiesforconventionalnon-wovenfiltermaterialstomeettherequirementoffilteringPM2.5becausetheyusuallyhavelargeporesformedbythemicroscalefibers.Recently,preparationofnanofibrousfilteringmaterialsbecomeshotinacademicareaandispaidmuchattentioninindustry,withsomepopularprod

8、uctindailylife.Inth