空气过滤用聚芳硫醚砜/纳米二氧化硅复合静纺纳米纤维膜的制备及应用

 行业新闻     |      2020-10-26    |    点击数:100

在纺丝液中添加疏水性气相纳米二氧化硅(SiO2),通过静电纺丝制备了具有自清洁性能的二氧化硅/聚芳硫醚砜(SiO2/PASS)复合纳米纤维膜。使用场发射扫描电镜(FESEM)观察了SiO2不同含量的SiO2/PASS复合纤维膜的形貌,并对纤维膜进行了元素(EDS)和红外光谱(FT-IR)分析,FESEM、EDS和FT-IR的结果表明,纳米SiO2加入到纤维膜可形成多级微纳结构。对纤维膜的平均孔径分析,表明纳米SiO2的加入会增大纤维膜的孔径;对纤维膜的空气过滤性能的探究发现,在一定条件下适当增加纤维膜的面密度可以提高纤维膜的综合过滤性能,面密度为3.46 g/m2的4-SiO2/PASS复合纤维膜的综合过滤效率最佳,品质因数可达0.03549 Pa-1。SiO2/PASS复合纳米纤维膜的高效过滤和超疏水特性可以使其在空气过滤领域有广泛的应用。

空气过滤用聚芳硫醚砜/纳米二氧化硅复合静纺纳米纤维膜的制备及应用

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    在纺丝液中添加疏水性气相纳米二氧化硅(SiO2),通过静电纺丝制备了具有自清洁性能的二氧化硅/聚芳硫醚砜(SiO2/PASS)复合纳米纤维膜。使用场发射扫描电镜(FESEM)观察了SiO2不同含量的SiO2/PASS复合纤维膜的形貌,并对纤维膜进行了元素(EDS)和红外光谱(FT-IR)分析,FESEM、EDS和FT-IR的结果表明,纳米SiO2加入到纤维膜可形成多级微纳结构。对纤维膜的平均孔径分析,表明纳米SiO2的加入会增大纤维膜的孔径;对纤维膜的空气过滤性能的探究发现,在一定条件下适当增加纤维膜的面密度可以提高纤维膜的综合过滤性能,面密度为3.46 g/m2的4-SiO2/PASS复合纤维膜的综合过滤效率最佳,品质因数可达0.03549 Pa-1。SiO2/PASS复合纳米纤维膜的高效过滤和超疏水特性可以使其在空气过滤领域有广泛的应用。 

 

 

    结合多层级微纳结构可以形成超疏水表面并获 得自清洁效果的原理,本文使用高性能的聚芳硫醚砜 (PASS)聚合物作为纺丝溶液,并加入无机纳米二氧 化硅,构建超细纤维表面的纳米结构,以期获得一种 具有超疏水特性的自清洁高效空气过滤的复合纤维 膜,为延长纤维空气过滤膜的使用次数提供新的思 路。

 

 

 

1. 自清洁性能

    Fig.10((a),(b))是复合纤维膜的自清洁效果对 比图。纤维膜上的水滴由于较低的附着力会从纤维膜上滚落并带 走 纤 维 膜 上 的 灰 尘颗粒,从 Fig.10 ((a),(b))中灰尘清洁的效果来看,6-SiO2/PASS复 合纤维膜的自清洁效果明显更 好,而 0-SiO2/PASS纤维膜表面仍存留有 部分灰尘颗粒。Fig.10(c)~ (f)分别是0-SiO2/PASS纤 维 膜、2-SiO2/PASS纤 维 膜、4-SiO2/PASS 纤 维 膜 和 6-SiO2/PASS 复 合 纤 维 膜的自清洁实验后的电镜图。如图所示,自清洁实验 后,0-SiO2/PASS纤 维 膜 的 膜 面 与 纤 维 间 上 仍 黏 附有很 多 的 颗 粒 物,而 2-SiO2/PASS 纤 维 膜、4-SiO2/ PASS纤维膜和6-SiO2/PASS复 合 纤 维 膜 仅 残 余 少 量的颗 粒 物。结合自清洁实验的光学和电镜图像,6- SiO2/PASS复合纤维膜自清洁效果显著可重复使用。

 

 

 

 

2.结论

    本文通过在纺丝液中加入纳米二氧化硅构建了 具有微纳结构的超疏水型静电纺丝复合纤维膜,使纤 维膜具有一定的自清洁性能,并对复合纤维膜的孔径 大小和对空气的过滤性能做了探究。探究了纳米二 氧化硅含量、复合纤维膜面密度和风速对复合纤维膜 空气过滤性能的影响,结果表明在一定条件下,可以 适当增加纤维膜的面密度来提高纤维膜的综合空气 过滤效率;风速越大,纤维膜的综合空气过滤性能表 现得 越 差;面 密 度 为3.46g/m2 的4-SiO2/PASS复 合 纤 维 膜 的 综 合 过 滤 效 率 最 佳,品 质 因 数 可 达 0.03549Pa-1。根据本 文 提 出 的 微 纳 结 构 的 构 造 机 制可制备出一种便捷清洗并多次使用的空气过滤用 材料,为未来具备重复利用的空气过滤用纤维膜提供 了新的方向。