【摘 要】
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随着我国工业化进程的不断加快,环境污染问题不容小觑。一些中小型发电站、造纸厂、砖厂等在日常生产中往往会产生大量的高温含尘废气,若处理不当将给环境和人体健康带来巨大威胁。现有的高温气体除尘技术和一些耐高温滤材在实际使用中都存在着一些不足,特别是针对极小颗粒物的过滤效率还有待提高。而静电纺丝技术可以有效制备连续纳米纤维,把耐高温材料与静电纺丝技术相结合,赋予耐高温材料纳米纤维的小尺寸效应,将有望制备出
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随着我国工业化进程的不断加快,环境污染问题不容小觑。一些中小型发电站、造纸厂、砖厂等在日常生产中往往会产生大量的高温含尘废气,若处理不当将给环境和人体健康带来巨大威胁。现有的高温气体除尘技术和一些耐高温滤材在实际使用中都存在着一些不足,特别是针对极小颗粒物的过滤效率还有待提高。而静电纺丝技术可以有效制备连续纳米纤维,把耐高温材料与静电纺丝技术相结合,赋予耐高温材料纳米纤维的小尺寸效应,将有望制备出高精细过滤、力学性能优异和耐高温的新型空气滤料。本课题以高性能纤维间位芳纶（PMIA）和可纺性较高的聚丙烯腈（PAN）为主要原料,通过溶液共混改性的方式制备PMIA/PAN纳米纤维膜,探究其在高温过滤上的应用价值。首先制备不同质量分数的PAN和PMIA纳米纤维膜,确定各自的最佳质量分数,并通过热处理来探究其耐高温性能。结果表明:PAN溶液的最佳质量分数为10%,该纳米纤维膜在经过热处理后,过滤效率由97.35%增大至99.75%,随着热处理温度的上升,过滤效率一直稳定在99%以上,证明其在高温条件下具有较稳定的过滤效率。热处理工艺提高了PAN纳米纤维膜的断裂强度,同时也使其断裂伸长率急剧下降。PMIA溶液的最佳质量分数为11%,热处理后的过滤效率始终保持在99.9%以上,断裂强力和断裂强度逐渐下降,断裂伸长率先增大后减小,初步证明两种材料在200℃下仍能保持优异的过滤效率,具有较佳的耐高温性。随后,选择11wt%的PMIA溶液与不同质量分数的PAN溶液按质量等比例进行共混,制备11-x系列PMIA/PAN纳米纤维膜,结果表明:随着共混体系中PAN溶液质量分数的不断增大,PMIA/PAN纳米纤维膜中纤维的平均直径增大,不匀率CV值逐渐下降,断裂强度先减小后增大,断裂伸长率则是逐渐增大,综合比较后发现11-12的PMIA/PAN纳米纤维膜的力学性能最优。对其进行过滤测试,结果表明:过滤效率先增加后减小,过滤阻力先降低后升高。最终选定PMIA/PAN的最佳组合为11-12,来对其进行性能优化。通过调节11wt%PMIA溶液与12wt%PAN溶液的共混质量比来实现PMIA/PAN纳米纤维膜的优化制备。对共混体系的粘度进行测试,发现其与共混质量比之间的关系曲线既非线性也非“S”型,表明PMIA与PAN达到部分相容,具有较大的应用价值。对不同质量比的PMIA/PAN纳米纤维膜进行力学性能测试,结果表明:等质量比共混时,PMIA/PAN纳米纤维膜的断裂强度最低,但断裂伸长率最大;当共混质量比变为非等比例时,可以明显地发现其断裂强度得到了提高,但断裂伸长率却有所下降。共混质量比为9:1时的PMIA/PAN纳米纤维膜具备最佳的力学性能。测试过滤性能发现:随着共混质量比的逐渐增大,PMIA/PAN纳米纤维膜的过滤效率和过滤阻力呈现出大致相仿的变化趋势,当共混质量比为9:1时,其过滤效率和过滤阻力均最高,分别为92.69%和44.59 Pa,最终综合考虑力学性能和过滤性能,认为最佳共混质量比为9:1。最后对共混质量比为9:1的PMIA/PAN纳米纤维膜进行热处理,探究其耐高温性能。结果表明热处理之后PMIA/PAN纳米纤维膜的颜色和形态未发生变化,相同条件下热处理后的PAN纳米纤维膜已经变黄变脆,出现碳化的倾向。测试PMIA/PAN纳米纤维膜的力学性能发现:热处理之后的断裂强度略有下降,断裂伸长率明显增加;对其进行过滤测试发现:共混质量比为9:1的PMIA/PAN纳米纤维膜经过热处理后,过滤性能始终维持在99%以上,证明PMIA/PAN共混纳米纤维膜的性能超过单组分PAN纳米纤维膜,而且在高温下具备较为优异的力学性能、稳定的过滤性能和较佳的耐高温性能,为制备高效清洁的耐高温过滤材料提供了新的研究方向和参考办法。
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