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聚酰亚胺/二氧化钛复合纤维的制备及结构性能研究

吴云  
【摘要】:随着我国工业化进程的飞速发展,由此带来的环境问题日益显现,尤其是近年来大气污染严重,引起雾霾天气频发,对人类健康造成了严重的危害。大气污染物主要来自工业排放的高温烟气,因此控制工业烟气排放能有效地改善大气环境。袋式除尘技术能有效捕捉高温烟气中的粉尘,捕尘效率高,基本达到零排放,是治理大气污染的主要手段。袋式除尘技术的核心是制备耐高温滤袋的耐高温过滤材料,其中,聚酰亚胺纤维高温过滤材料因其优异的力学性能、热稳定性、耐光辐射性等在水泥厂、发电厂、炼钢厂等领域具有重要应用。由于环境保护的发展,对高温袋式除尘的性能要求更加苛刻,目前,大部分的高温滤袋主要用来捕捉灰尘,对垃圾焚烧产生的二噁英等有毒气体没有净化作用,因此迫切需要开发一种既能捕尘又能降解有毒气体的高温滤袋。二氧化钛作为一种半导体光催化材料,拥有良好的光催化性能、化学稳定性、耐光腐蚀性、无二次污染以及成本低廉等特性,在光催化应用方面表现了巨大的发展潜力。在本文中,通过在聚酰亚胺纤维表面引入二氧化钛,在保持纤维基体热稳定性的同时,赋予了纤维紫外光催化性能,实现了复合材料的功能化,主要工作如下:首先,以商品化聚酰亚胺纤维为基体,以硫酸钛作为钛盐,通过离子交换的方法制备聚酰亚胺/二氧化钛复合纤维,考察了离子交换时间和硫酸钛浓度对复合纤维形态的影响。测试结果表明,表面负载的二氧化钛的含量较少,延长离子交换时间和增加硫酸钛浓度对增加二氧化钛的含量没有影响,经研究是由于Ti4+的价态太高,不利于离子交换。改用离子价态低的硫酸氧钛为钛盐,采用同样的方法制备聚酰亚胺/二氧化钛复合纤维,微观形貌观察显示,纤维表面成功负载了一层二氧化钛纳米颗粒,但是由于负载量较低,XRD测试中未观察到二氧化钛的特征峰。为了提高二氧化钛粒子的负载量,采用离子交换和原位沉积相结合的方法,通过增加离子交换-沉积的次数提高二氧化钛的含量。XRD测试结果表明,纤维表面负载的二氧化钛颗粒的晶型为锐钛矿。以甲基橙为降解物,经过6h的紫外光催化,甲基橙的降解率为100%,表明PI/TiO2复合纤维具有优异的光催化性能,复合纤维的降解温度为550℃C左右,保持了聚酰亚胺纤维优异的热稳定性。


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