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：564

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%。