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《东华大学》 2017年
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凹凸棒土纳米纤维膜的制备及结构与性能

朱业凯  
【摘要】:具有孔隙互通结构和可控孔尺寸等特点的纳米纤维膜,在膜分离领域中表现出良好的应用潜力。目前,关于纳米纤维膜方面的研究主要是采用静电纺丝技术制备有机基纳米纤维膜。然而,有机基纳米纤维膜普遍存在机械强度低、热稳定性和化学稳定性差、抗污能力弱、使用寿命有限等问题。相对而言,以无机材料为基质的纳米纤维膜则可有效避免上述缺陷。然而,由于存在制备技术难度大、可选择原料少等问题,当前关于无机基纳米纤维膜的研究并不多。本论文选取天然粘土—凹凸棒土(AT)纳米纤维为原料,提出了一种类造纸术的工艺,成功设计并制备出四类AT纳米纤维膜。系统研究了聚乙烯醇(PVA)含量、烧结温度和碳纳米管(CNT)含量对AT纳米纤维膜的微观形貌、晶体结构、孔结构、表面性质、机械性能、热稳定性、化学稳定性的影响,以及AT纳米纤维膜在截留目标污染物所表现出来的渗透性能、分离性能、抗污性能以及重复使用性能。全文的主要内容如下:(1)基于AT的一维特性,采用具备制浆、抄纸和低温干燥等过程的类造纸术制备出一系列不同PVA含量的AT基纳米纤维膜。利用流变学方法研究了PVA含量对AT水质胶体流变性能的影响。结果表明,AT水质胶体是一种具有屈服应力点的假塑性非牛顿流体。随着PVA含量的增加,AT水质胶体的屈服应力点和体系粘性均得到了显著的提高,表明适量PVA调节的AT水质胶体具备成膜能力;利用场发射扫描电镜(FESEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线衍射光谱(XRD)、力学拉伸实验等表征了AT基纳米纤维膜的形貌结构及机械性能。研究发现,PVA均匀分散于由AT纳米纤维构建的“柴垛堆”结构中,相互缠结并产生氢键作用。当PVA含量为9wt%时,AT基纳米纤维膜具有高的孔隙率(51.1%),最大的力学拉伸强度(12.5MPa),良好的亲水性(31.3°)和高的渗水能力(105L m~(-2) h~(-1),0.1MPa)。以具有不同相对分子量的聚乙二醇和聚环氧乙烷为研究对象,计算出AT基纳米纤维膜的截留分子量约为50kDa。采用错流分离装置评价了AT基纳米纤维膜的分离性能。结果表明,其可有效分离粒径约为100nm的乳化油(0.1MPa,99.4%)。(2)结合类造纸术和烧结技术制备出一系列不同PVA含量下的烧结AT基纳米纤维膜。利用热重(TG)分析探究了AT基纳米纤维膜的烧结温度。结果表明,AT基纳米纤维膜的失重变化呈现出阶段性,继而确立了三种烧结温度,分别为240℃、400℃和600℃。利用FESEM、XRD、BET表征了烧结温度对AT基纳米纤维膜的微观形貌和孔结构的影响。结果表明,当烧结温度为600℃时,AT纳米纤维的晶体结构发生折叠,膜的比表面积显著下降。利用三点弯曲实验研究了烧结温度对AT基纳米纤维膜机械性能的影响。结果表明,随着烧结温度的增加,具有自支撑能力的烧结AT基纳米纤维膜的抗弯强度表现出较小幅度的下降。利用吸水性实验研究了不同烧结温度处理后的AT基纳米纤维膜溶胀性。结果表明,当烧结温度达到400℃及以上时,AT基纳米纤维膜的溶胀行为得到有效抑制。优选400℃作为烧结温度,利用FESEM、BET、接触角测试、三点弯曲实验和化学稳定性实验等表征了不同PVA含量下的烧结AT基纳米纤维膜。研究发现,随着PVA含量的增加,AT纳米纤维的堆积形态呈现出由无序向有序的转变,而烧结AT基纳米纤维膜的抗弯强度则有所下降。此外,研究还发现,不同PVA含量下的烧结AT基纳米纤维膜均具有介孔结构(~12nm),较高的孔隙率(60%),良好的润湿能力(~22°)以及良好的化学稳定性(适用pH范围为1~10);利用油/水分离实验综合评价了烧结AT基纳米纤维膜的分离性能。结果表明,烧结AT基纳米纤维膜对乳化油的分离效率最高可达97.4%,能够承受至少0.6MPa的操作压力,并表现出良好的抗污能力。(3)以羧基化多壁碳纳米管增强AT基纳米纤维膜中“柴垛堆”结构的方式,采用类造纸术制备出一系列不同CNT含量下的AT基纳米纤维膜(AT/CNT纳米纤维膜)。利用FESEM、BET、力学拉伸实验等研究了CNT含量对AT基纳米纤维膜结构和性能的影响。研究发现,CNT均匀分散于AT基纳米纤维膜的“柴垛堆”结构中,“软”的CNT与“硬”的AT纳米纤维相互缠结,再与PVA分子链发生二次缠结并产生氢键作用。当CNT含量为0.5wt%时,CNT对AT基纳米纤维膜机械性能改善的贡献程度达到最大,其拉伸强度,杨氏模量和韧度,相对于AT基纳米纤维膜,分别增长了74%,27%和110%。利用接触角测试、原子力显微镜(AFM)等研究了AT/CNT纳米纤维膜的表面性质。结果表明,随着CNT含量的增加,AT/CNT纳米纤维膜的表面润湿能力有所降低,而其表面粗糙度则呈现出逐渐增大的趋势。利用循环分离实验装置,以乳化油和牛血清蛋白为实验对象,综合评价了AT/CNT纳米纤维膜(CNT-0.5)的分离性能、抗污性能和重复使用性能。结果表明,AT/CNT纳米纤维膜始终保持着超高的分离效率(~100%),良好的水通量恢复率(~98%)和较低的不可逆污染率(~2%)。(4)优选PVA含量、CNT掺入量和烧结温度,结合类造纸术和烧结技术,制备出烧结AT/CNT纳米纤维膜。利用FESEM、BET、接触角测试和三点弯曲实验等研究了烧结前后AT/CNT纳米纤维膜结构与性能的变化。结果表明,烧结过程主要提高了AT/CNT纳米纤维膜的比表面积(120.1m~2 g~(-1))、累计孔体积(0.37cm~3 g~(-1))、润湿性(14.8°)和抗弯强度(11.1MPa)。利用循环分离实验装置,以油/水乳液为实验对象,综合评价了烧结AT/CNT纳米纤维膜的渗透性能、分离性能和抗污性能。结果表明,当操作压力为0.2MPa时,其水通量为28L m~(-2) h~(-1),分离乳化油的效率为98.6%;经三次循环分离测试后,烧结AT/CNT纳米纤维膜的水通量恢复率可达87.5%,不可逆污染率为12.5%。
【学位授予单位】:东华大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:X703;TQ051.893

【参考文献】
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1 何晓梅;王志红;聂锦旭;凌慧诗;阮彩群;仇永婷;;热处理与表面活性剂联合改性凹凸棒土的制备[J];材料导报;2014年08期
2 黎珊;戴红旗;孔泳;姜兴茂;;凹凸棒土的应用研究进展[J];化工进展;2013年12期
3 刘兴甜;张桂芳;赵义平;李培欣;陈莉;冯霞;;PVDF/改性凹凸棒土复合膜及其Ni(Ⅱ)吸附性能研究[J];功能材料;2013年24期
4 赵紫娟;魏刚;樊保民;赵曦;乔宁;;凹凸棒土膜的制备及其离子截留性能[J];北京化工大学学报(自然科学版);2013年04期
5 郝明磊;郭建生;;国内外静电纺丝技术的研究进展[J];纺织导报;2013年01期
6 张先龙;姜伟平;吴雪平;时博文;杨保俊;贾小彬;张翠平;;热处理对凹凸棒石结构及其脱硫性能的影响[J];化工学报;2012年03期
7 陈文娟;康玉茹;王爱勤;;聚乙烯醇/凹凸棒黏土纳米复合膜的制备及其性能[J];应用化工;2011年05期
8 祝孟俊;肖茹;;聚合物微/纳米纤维膜的研究与应用[J];高分子通报;2009年10期
9 李爱阳;朱志杰;;PAC絮凝—膜分离法处理油田废水的研究[J];工业水处理;2008年02期
10 刘玉军;侯幕毅;肖小雄;;熔喷法非织造布技术进展及熔喷布的用途[J];纺织导报;2006年08期
【共引文献】
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1 王永贵;刘芷晴;阚明君;李永红;侯长平;王攀;;响应面优化法研究己二酸/聚乙烯醇水凝胶的合成[J];应用化工;2015年12期
2 奚爱儒;;熔喷法非织造布技术进展及熔喷布的用途探索[J];科技创新与应用;2015年34期
3 魏娜;仇久安;孙诚;;JDFSS-1型多功能静电纺丝机的研制[J];包装工程;2015年21期
4 陈博文;王高升;王红柳;王霞;张荣岩;张建;;凹凸棒黏土助留助滤效果研究[J];中国造纸;2015年10期
5 丁阳;姚大伟;李娜;韩立秋;沈琦琪;许家荣;杨德吉;;载铜凹凸棒粘土膏剂对沙门菌体内外抑菌效果观察[J];畜牧与兽医;2015年09期
6 张桂芳;文梦娟;刘兴甜;秦颖玺;张平;赵义平;陈莉;;凝固浴组成对PVDF/TA-ATP杂化膜成膜过程及膜性能的影响研究[J];功能材料;2015年15期
7 刘健;刘延波;蒋秀明;马营;宋学礼;;不完全齿轮横动机构对静电纺丝膜均匀性的改善作用[J];纺织学报;2015年07期
8 崔小明;;凹凸棒土在塑料中的应用研究进展[J];精细与专用化学品;2015年04期
9 于永申;樊保民;魏刚;赵紫娟;乔宁;;凹凸棒土管状膜组件的制备及其性能研究[J];北京化工大学学报(自然科学版);2015年02期
10 王其;陆珉;陈毅;王朋;;纳米结构用于空气过滤的研究[J];过滤与分离;2015年01期
【二级参考文献】
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1 徐姗姗;魏刚;张晓丰;魏云鹏;张小冬;乔宁;;陶土-粉煤灰基吸附性陶瓷基体的制备及其吸附性能[J];北京化工大学学报(自然科学版);2012年04期
2 朱林晖;张丽丽;唐尧基;丁马太;;蒙脱土/海藻酸钠接枝丙烯酸高吸水性复合物的制备及吸附性能研究[J];功能材料;2012年13期
3 吴艳玲;钟智丽;;汉麻粉体/PVDF共混膜的制备、表征及对Cu~(2+)吸附性能研究[J];城市环境与城市生态;2012年03期
4 芮源隆;尹建军;吴剑;金叶玲;陈静;;凹凸棒石黏土的水化预处理对其填充纸品性能的影响[J];非金属矿;2011年06期
5 林子增;王峰;王郑;夏汀;沈巍;;凹凸棒滤料曝气生物滤池对微污染原水的处理研究[J];南京林业大学学报(自然科学版);2011年05期
6 杨瑞洪;;凹凸棒土对Cd(Ⅱ)的吸附性能研究[J];安徽农业科学;2011年23期
7 原金海;邓利均;;改性膨润土的制备及其对Pb~(2+)的吸附性能研究[J];功能材料;2011年06期
8 徐继香;汪琴;王爱勤;;不同酸处理对凹凸棒石粘土理化性能的影响[J];中国非金属矿工业导刊;2011年02期
9 周小凡;杨刚;马金霞;;聚氧化乙烯/凹凸棒土微粒助留助滤体系的研究[J];中华纸业;2011年04期
10 湛含辉;曹江;;不同性能的双亲性纳米TiO_2复合粒子改性聚偏氟乙烯超滤膜结构与性能的研究[J];功能材料;2011年01期
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4 ;眼纤维膜疾病[J];国外科技资料目录.医药卫生;1998年10期
5 ;眼纤维膜疾病[J];国外科技资料目录.医药卫生;1999年10期
6 ;眼纤维膜疾病[J];国外科技资料目录.医药卫生;1997年06期
7 ;眼纤维膜疾病[J];国外科技资料目录.医药卫生;1997年03期
8 ;眼纤维膜疾病[J];国外科技资料目录.医药卫生;1997年12期
9 ;新型屋面结构材料——纤维膜材[J];工业建筑;1989年08期
10 卢映蓉;牟颖;李丽云;蔡婷;吴飞;;血管内皮生长因子(VEGF)乳液法电纺纤维膜的体外研究[J];现代生物医学进展;2014年28期
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1 范丽娟;宋婧;许晓前;缪克松;吴铭;;共轭高分子荧光传感纤维膜中基质高分子作用的讨论[A];2015年全国高分子学术论文报告会论文摘要集——主题G 光电功能高分子[C];2015年
2 丁雅梅;王秀奎;郭万春;袁晓燕;;明胶/低晶态磷灰石复合纤维膜的研究[A];中国复合材料学术研讨会论文集[C];2005年
3 丁雅梅;王秀奎;郭万春;袁晓燕*;;明胶/低晶态磷灰石复合纤维膜的研究[A];全国首届青年复合材料学术交流会论文集[C];2007年
4 韩素青;柏自奎;;丝素粉体-聚己内酯复合纤维膜的制备及性能[A];2015年全国高分子学术论文报告会论文摘要集——主题B 生物大分子[C];2015年
5 韩凤选;贾潇凌;赵瑾;赵蕴慧;樊瑜波;袁晓燕;;利用明胶促进细胞向电纺纤维膜内部生长的研究[A];2013年全国高分子学术论文报告会论文摘要集——主题I:生物高分子与天然高分子[C];2013年
6 鲁遥;赵鹏程;胡应乾;蒋宏亮;王利群;;同轴电纺制备生物降解多功能核壳纤维膜[A];中国化学会第26届学术年会功能高分子科学前沿分会场论文集[C];2008年
7 犹明浩;闫旭;龙云泽;;彩色溶液电纺制备彩色疏水纤维膜[A];中国第四届静电纺丝大会(CICE 2016)摘要集[C];2016年
8 侯兰兰;王女;赵勇;;浸润性可调纳米纤维膜用于混合有机液体分离[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第十一分会:应用化学[C];2016年
9 曹素娇;王孝军;张刚;杨杰;;超疏水PES/PDA/ODTS复合纤维膜的制备与表征[A];中国化学会2017全国高分子学术论文报告会摘要集——主题K:高性能高分子[C];2017年
10 袁晓燕;周芳;周培琼;文美玲;赵蕴慧;;改性电纺纤维膜miRNA-126递送体系研究[A];中国化学会2017全国高分子学术论文报告会摘要集——主题F:生物医用高分子[C];2017年
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1 王景春 唐贵炎;兴邦将批量生产纳米纤维膜[N];中国化工报;2010年
2 本报记者 温维健;低头拉车 抬头看路[N];中国纺织报;2014年
3 曹金龙 李燕;沧炼纤维膜脱硫醇技术一举多得[N];中国化工报;2004年
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1 朱业凯;凹凸棒土纳米纤维膜的制备及结构与性能[D];东华大学;2017年
2 吕方;有机/无机复合电纺纤维膜用于皮肤创面修复的研究[D];华东师范大学;2017年
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