非织造布-聚偏氟乙烯复合纤维膜的制备及性能

 行业新闻     |      2020-09-25    |    点击数:124

静电纺丝技术作为最有效的纳米尺寸纤维制备技术之一,在水质净化和空气过滤等领域展现出巨大的应用潜力。文中以商用非织造布为支撑层,利用溶液共混和静电纺丝法制备得到非织造布-聚偏氟乙烯复合纤维膜,并通过扫描电镜及X射线能谱仪等仪器进行表征,初步研究了复合纤维膜对Cd(Ⅱ)和Hg(Ⅱ)重金属离子的吸附分离性能。试验结果表明,复合纤维膜聚偏氟乙烯(PVDF)功能层主要以丝状微球缠结形式呈现,且纤维层厚度随着纺丝针头数、纺丝电压的增大而增加,非织造布支撑层则进一步优化了复合纤维膜的机械性能,复合纤维膜渗透及抗污染性能均较好,纯水通量均在9 300 L/(m2·h)以上,纯水通量恢复率高达92%。此外,复合纤维膜对Cd(Ⅱ)和Hg(Ⅱ)重金属离子均有一定的去除效果,最高去除率分别可达91.7%和41.3%。

非织造布-聚偏氟乙烯复合纤维膜的制备及性能

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     近年来,纳米纤维由于直径和结构可控、高比表 面积以及易于进行表面修饰等特点受到人们的广泛 关注。静电纺丝作为一种操作简单,且能够直接、连 续制备聚合物纳米纤维的技术,从众多制备纳米纤 维的方法中脱颖而出。静电纺丝纤维膜具有纤 维直径小且比表面积大、孔隙率高、孔径小且分布均 匀、膜表面粗糙度高及低克重等优点,被广泛应用于 水质净化、空气过滤等诸多领域。

 

     因此,本研究选用化学性质稳定的聚偏氟乙烯 ( PVDF) 为纤维膜原材料,应用已有的商用非织造 布作为纤维膜支撑层,共混甲基丙烯酸单体后,通过 多针头静电纺丝设备,制备得到非织造布-聚偏氟 乙烯复合纤维膜。通过扫描电镜及电子拉伸试验机 等仪器对复合纤维膜进行表征,考察纺丝针头数及 纺丝电压等工艺参数对复合纤维膜表面形貌、抗拉 强度及渗透性能的影响,并通过搅拌吸附试验对复 合纤维膜的重金属吸附分离性能进行测试,为复合 纤维膜应用于污染物的分离与去除提供研究方向。

 

                                                      非织造布-聚偏氟乙烯复合纤维膜膜片的通量 和通量恢复率

 

 

1.复合纤维膜的表面形貌及元素含量分析

    不同纺丝工艺参数下,单针头纺丝膜片 A 和三 针头纺丝膜片 B、C、D 的扫描电镜结果如图 1 所示。 其中,膜片 A 放大 500 倍和 104 倍,膜片 B、C、D 各 放大 100 倍、103 倍和 104 倍。由图 1 可知: 当 PVDF 质量分数为 5. 1%时,单针头和三针头纺丝条件下 PVDF 功能纤维层在非织造布支撑层上以丝状微球 缠结形式呈现,单针头下纺丝纤维呈单向较为规律 的排布; 而三针头下纺丝纤维交错无规则排布,膜片 比表面积进一步增大。固定三针头纺丝及推进速度 时,在一定的电压范围内,纺丝纤维直径随着电压的 增大而减小,纺丝纤维更为纤细。可能是因为,随着 电压的增大,高分子纺丝液射流具有更大的表面电 荷密度和加速度,有利于制得更细的纤维; 而电压过 大时,高分子射流不稳定,从而导致纤维不均匀。

 

 

                                                          图 1 非织造布-聚偏氟乙烯复合纤维膜扫描电镜图

 

 

2.结论

    本文以甲基丙烯酸为功能单体,通过静电纺丝 法制备非织造布-聚偏氟乙烯复合纤维膜,其 PVDF 功能层主要以丝状微球缠结形式呈现,且纤维层厚 度随着纺丝针头数和纺丝电压的增大而增加。非织 造布支撑层的存在则进一步提高了复合纤维膜的抗 拉强度和弹性模量,复合纤维膜渗透性能和抗污染 性能整体较好,纯水通量及纯水通量恢复率均在 9 300 L /( m2 ·h) 和 90% 以 上。由 Cd ( Ⅱ) 和 Hg ( Ⅱ) 重金属离子吸附试验可知,复合纤维膜对 Cd( Ⅱ) 的去除效率高于 Hg( Ⅱ) ,最高去除率分别可 达 91. 7%和 41. 3%。