收藏本站
《南京林业大学》 2017年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

功能性静电纺纤维复合膜的制备及其油水分离性能研究

马文静  
【摘要】:油水分离已经成为全球面临的一个问题。膜分离技术是一种最有效的分离油水混合物的方法。静电纺丝纤维膜具有独特的适用于油水分离的特性,比如高的比表面积、大的孔隙率、内部高度交联的孔隙结构和表面功能化灵活的特点,使其在油水分离过程中具有高的渗透性,这不仅提高了分离效率,也减少了分离过程中的能源消耗。然而,大多数的制备的电纺膜在实际使用中仍旧存在很多问题,如力学性能差,分离性能差、不能自支撑、制备过程复杂且成本高,表面润湿性能的转变范围有限,容易被油污染和不能满足远程操作油/水分离单元的要求等这些缺陷严重制约了其在工业上的使用。为了改善大多数油水分离膜所存在的问题,有效地实现油水分离膜的实际应用。本论文设计、制备了一系列高性能的纤维复合油水分离膜,并详细评价了其性能。首先,采用同轴静电纺丝技术并亚胺化获得了生物基的醋酸纤维素-聚酰亚胺(CA-PI)纤维膜。并用疏水性二氧化硅纳米颗粒(SNPs)和氟化苯并噁嗪(BAF-tfa)改性修饰CA-PI纤维膜,制备了高强度的FPBZ/SNPs/CA-PI纤维复合膜;其次,使用‘灵活的’PAA作为芯,通过高压同轴静电纺丝技术并亚胺化得到了‘灵活的’生物基的PI/CA纤维。并用‘重’氟化的聚苯并噁嗪(BAF-btfa)和疏水性SNPs改性修饰PI/CA纤维膜,制备了高弹性的PI/CA/F-PBZ/SNPs纤维复合膜。然后,通过癸酸-二氧化钛(DA-TiO_2)溶胶和SNPs改性修饰PI纤维膜设计出了一种新型的pH值和氨气双重响应SNPs/DA-TiO_2/PI纤维复合膜;最后,通过同轴静电纺丝技术制备了一种光热响应性的聚氨酯/聚(甲基丙烯酸甲酯-b-N-异丙基丙烯酰胺)(PU/PMMA-b-PNIPAAm)纤维复合膜。论文具体开展的工作如下:1.采用高压同轴静电纺丝技术获得了芯-壳结构的生物基的CA-PAA纤维,随后亚胺化得到高强度的CA-PI纤维。并用疏水性SNPs和氟化苯并噁嗪(BAF-tfa)改性修饰CA-PI膜,制备了高强度的F-PBZ/SNPs/CA-PI纤维复合膜,研究了其油水分离性能。通过同轴静电纺丝以及亚胺化技术制备了高强度的CA-PI纤维膜,研究了PI的加入对CA力学性能的影响。然后通过SNPs和BAF-tfa原位聚合改性修饰,得到F-PBZ/SNPs/CA-PI纤维复合膜。结果表明,优化得到的F-PBZ-1/SNP-4/CA-PI膜具有分层的微纳米结构,拉伸应力高于200 MPa,与水和油的接触角分别达到163°和0°;此外,此膜在酸碱和高温条件下都能够保持稳定性,具有高的流量(1136±50 L·m-2·h-1)和分离效率(99%),并可以多次重复使用,在实际油水分离的应用中是极具潜力的。2.使用‘灵活的’PAA作为芯,通过高压同轴静电纺丝技术并亚胺化得到了‘灵活的’芯/壳结构的生物基的PI/CA纤维。并用‘重’氟化的聚苯并噁嗪(BAF-btfa)和疏水性SNPs改性修饰PI/CA纤维膜,制备了高弹性的PI/CA/F-PBZ/SNPs纤维复合膜。成功的制备了‘灵活的’芯-壳结构的生物基的PI/CA纤维膜和BAF-btfa,随后通过表面原位聚合将BAF-btfa和疏水性SNPs引入到PI/CA纤维膜的表面,制备了高弹性的PI/CA/F-PBZ/SNPs纤维复合膜。结果表明,使用联苯四甲酸二酐(BPDA)和4,4-二氨基二苯醚(ODA)得到的PI作为芯,得到CA-PI膜的拉伸应力和应变分别达到130MPa和52%。经过BAF-btfa/SNPs改性后的PI/CA膜与水和油的接触角达到163°和0°;该纤维复合膜在实际油水分离的应用中具有较好的应用前景。3.设计出了一种新型的pH值和氨气双重响应SNPs/DA-TiO_2/PI纤维复合膜,并详细评价了改纤维膜材料的pH和氨气响应性的效果。从PI纤维膜具有优良的机械强度、稳定性等角度出发,采用溶液浸涂的方法将癸酸(DA)、二氧化钛(TiO_2)和SNPs预凝胶混合溶液引入到PI纤维膜表面,获得SNPs/DA-TiO_2/PI纤维复合膜。在pH 6.5时,具有超疏水和水下超亲油性。然而,在pH 12时,具有超亲水和水下超疏油性,证明其pH响应的润湿性。同时,具有高的流量(6500±100 L·m-2·h-1)和分离效率(99%),高的耐热和抗磨损性能。此外,当暴露在氨气的氛围时,能够改变表面润湿性,表明可以通过远程控制膜表面的润湿性分离油水混合物。4.制备了一种光热响应性的芯-壳结构的聚氨酯(PU)/聚(甲基丙烯酸甲酯-N异丙基丙烯酰胺)(PU/PMMA-b-PNIPAAm)纤维膜。考察了该膜的光热响应性的性能。基于高拉伸应变的PU,温度响应性的共聚物PMMA-b-PNIPAAm,Ag纳米颗粒(AgNPs)和单壁碳纳米管(SWCNT)。使用PU作为芯,PMMA-b-PNIPAAm作为壳,其中AgNPs和SWCNT分散于PMMA-b-PNIPAAm电纺溶液中,通过高压同轴静电纺丝,获得了高灵活、自支撑,易弯曲,芯-壳结构PU/PMMA-b-PNIPAAm纤维复合膜。膜具有光热可调节的油/水润湿性,能够分离水包油型的油水纳米乳液,通过调节照射功率和时间,分离效率达到高于99%;这种光热响应性的膜为制备远程操作接入点水处理设备提供巨大的潜力。综上所述,本研究制备了一系列高性能的纤维复合膜,并且这些纤维复合膜显示出良好的油水分离性能。事实上,这些研究方法具有一定的通用性,通过改变静电纺丝聚合物的种类、改性物质的种类等,可以设计出多种功能性的纤维复合膜,在污水处理和油水分离等领域具有较好的应用前景。
【学位授予单位】:南京林业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TQ051.893

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 沙广燕,朱英华,梁长海,郭树才;炭-炭复合膜制备的探索研究[J];炭素;2002年03期
2 邹本雪;张雄福;刘海鸥;王同华;王金渠;王安杰;;新型炭基-沸石复合膜材料的合成研究进展[J];现代化工;2005年S1期
3 武春瑞;张守海;杨大令;蹇锡高;;耐高温复合膜的制备及在废水处理中的尝试[J];高分子材料科学与工程;2007年01期
4 康启来;;复合膜检测的取样技巧[J];印刷世界;2007年02期
5 兰俊杰;马莺;;高直链玉米淀粉基复合膜的制备[J];高分子材料科学与工程;2008年12期
6 王振成;张海滨;金伟;;炭/硅复合膜的制备与表征[J];中国高新技术企业;2008年04期
7 李新利;蒋炜;梁斌;;钯铜复合膜透氢性和稳定性研究进展[J];化工进展;2008年07期
8 邱增英;钟世安;;烟酸分子印迹复合膜的制备及其分离性能研究[J];化学学报;2010年03期
9 李小瑞;沈一丁;李刚辉;赖小娟;;疏水化淀粉基复合膜的制备及性能[J];高分子材料科学与工程;2010年05期
10 毛庆辉;毛志平;;酚酞型聚芳醚砜/蛭石复合膜的制备与性能[J];东华大学学报(自然科学版);2010年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 邱礼平;资名扬;胡碧君;温其标;;天然高分子复合膜的制备及性能研究[A];“食品加工与安全”学术研讨会暨2010年广东省食品学会年会论文集[C];2010年
2 刘富;左丹英;操建华;朱宝库;徐又一;;有机/无机支撑复合膜的制备与应用[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅲ[C];2004年
3 刘庆岭;王同华;张志国;梁长海;郭洪臣;邱介山;曹义鸣;;新型炭/T型分子筛复合膜材料的设计、制备及应用[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(7)[C];2007年
4 李安武;熊国兴;谷景华;郑禄彬;;金属陶瓷复合膜的制备[A];第二届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1995年
5 范晓丹;张襄楷;徐廷献;;烟气脱硫用γ-Al_2O_3复合膜的制备与表征[A];第二届中国膜科学与技术报告会论文集[C];2005年
6 雷启福;钟世安;杜邵龙;彭密军;周春山;;分子印迹复合膜的合成及其拆分性能研究[A];第二届中国膜科学与技术报告会论文集[C];2005年
7 朱丹;徐海生;王斌;杨昌正;;氧化铝-高分子多孔复合膜[A];第三届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1998年
8 许振良;;分子印迹复合膜制备及其手性药物分离的研究[A];第五届全国医药行业膜分离技术应用研讨会论文集[C];2012年
9 苗睿瑛;方勇;唐玲;李建玲;王新东;;直接甲醇燃料电池用离子液体复合膜的制备及性能研究[A];第二十八届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2009年
10 宋玉军;孙斌;孙本惠;亨利·劳伦斯;;用界面聚合法制备结构与性能可控的超薄复合膜的成膜机理(英文)[A];第二届中国膜科学与技术报告会论文集[C];2005年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 铝包;复合膜在我国医药软包装中的应用[N];中国包装报;2005年
2 孙志明;复合膜质量控制[N];中国包装报;2008年
3 林其水;复合膜生产中两种常见问题的分析处理[N];中国包装报;2008年
4 罗小明;2010软包装复合膜加工技术交流会在庵埠结束[N];中国包装报;2010年
5 孙平;生产复合膜应关注环保[N];中国包装报;2003年
6 巩海江 赵佩星 鹿晓红;广生药用铝箔复合膜项目昨日竣工投产[N];晋中日报;2010年
7 科讯;药品包装用复合膜的发展趋势[N];中国包装报;2003年
8 川文;复合膜生产工艺日趋完善[N];中国包装报;2004年
9 李;山东全面推行食盐复合膜小包装[N];中国包装报;2002年
10 晓英;药品包装的机器视觉检测技术[N];中国包装报;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 叶会见;TDPA改性BaTiO_3/PVDF介电复合材料的储能及电子辐照损伤行为[D];哈尔滨工业大学;2015年
2 董峰;基于果蔬包装的纳米纤维素/壳聚糖复合膜的制备、性能及应用[D];东北林业大学;2015年
3 王连军;聚酰胺—聚醚嵌段共聚物平板复合膜的研究[D];大连理工大学;2015年
4 李潘源;分离CO_2促进传递膜渗透选择性能强化研究[D];天津大学;2015年
5 石强;PPTA/PSF原位共混膜及其聚胺复合膜的设计与构建[D];天津工业大学;2017年
6 常南;食品用塑料复合包装膜中残留甲苯迁移规律及迁移机理研究[D];沈阳农业大学;2017年
7 林志峰;无机及有机材料复合膜对碳钢腐蚀行为的影响[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2011年
8 武春瑞;杂萘联苯聚醚酰胺超滤膜及其复合膜的研究[D];大连理工大学;2006年
9 张宇峰;超低压高通量聚哌嗪均苯三甲酰胺/聚砜纳滤复合膜的研究[D];天津工业大学;2004年
10 魏菊;杂萘联苯聚醚砜酮超滤膜及其复合膜的研究[D];大连理工大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 马文静;功能性静电纺纤维复合膜的制备及其油水分离性能研究[D];南京林业大学;2017年
2 王丽英;玉米醇溶蛋白修饰细菌纤维素基复合膜材料的制备及其应用研究[D];华南理工大学;2015年
3 张汉泉;亲水性陶瓷复合膜的制备及其分离性能研究[D];华南理工大学;2015年
4 王孝丽;Ag基透明导电复合膜的制备及性能研究[D];山东建筑大学;2015年
5 闫美玲;无水磷酸法制备纳米纤维素及乙酰化改性[D];东北林业大学;2015年
6 吴艳;聚乳酸/聚己内酯/百里香酚复合膜的制备与性能研究[D];昆明理工大学;2015年
7 刘瑞麟;纳米TiO_2/Ag~+/壳聚糖膜制备及保鲜性能研究[D];东北林业大学;2015年
8 张华超;壳聚糖/牛蒡提取液复合膜制备及应用[D];东北林业大学;2015年
9 朱军勇;高通量、耐污染荷电纳滤复合膜制备及其脱盐性能研究[D];郑州大学;2015年
10 林长生;SiO_2/Al_2O_3/PET复合膜的制备及其透湿性能研究[D];湖南工业大学;2015年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026