聚合物复合吸附膜的电纺制备、改性及性能研究

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随着工业技术的快速发展,很多环境问题也随之出现,例如:大气污染,土壤污染等。其中由于有机污染物和重金属离子导致的水资源污染问题已经对人类的生产生活造成严重影响,并且时刻威胁着人类的健康。目前主流的解决水体污染问题的方法是吸附和光催化,吸附是利用吸附剂将污染物从水中分离,光催化技术则是利用光催化剂的氧化还原能力破坏有机污染物的分子结构和还原高价态的重金属离子,从而达到处理水中污染物的目的。因此,制备出新型绿色环保的高效吸附材料和光催化材料是现在研究的热点问题。本文中,主要是利用高压静电纺丝技术和溶剂热法制备一些高效光催化和吸附材料用于水污染中有机污染和重金属离子的去除,具体内容如下:(1)首先采用溶剂热法合成TiO2颗粒,接着利用高压静电纺丝技术制备出PAN/TiO2纤维膜,随后在纤维膜表面进行苯胺(ANI)的原位氧化聚合,最后成功地制备了PAN/TiO2/PANI杂化纤维膜。通过传统光催化降解刚果红实验,探究了TiO2和ANI的最佳添加量为0.1g和40?L。重要的是,杂化纤维膜对阴离子染料具有出色的吸附性能,可以有效地吸附水中的刚果红;研究发现该吸附行为符合Langmuir模型,表明与化学吸附有关。另外,吸附后的杂化纤维膜可以在可见光照射下通过光催化的方式进行降解再生,经过4次光催化循环再生实验后,再生效率和去除率仍可分别保持在60%和50%左右。这种吸附和再生性能还可以扩展到重金属Cr(VI),通过光催化过程还原和解吸吸附在杂化纤维膜上的Cr(VI),从而实现有效的再生。(2)利用高压静电纺丝技术合成PS纤维膜,在不破坏PS纤维膜表面结构的情况下,利用低温NH3等离子体在表面修饰氨基,提高材料表面的亲水性。通过采用静态接触角测量的方式探究了施加电压、氨气流量和反应时间对接触角大小的影响;其中,在施加电压为50 V,氨气流量为70 sccm和反应时间为30 min条件下,修饰氨基的PS纤维膜的接触角大小为16.58°,相比于疏水性未修饰的PS纤维膜,表现出很强的亲水性特征;最后研究了修饰氨基的PS纤维膜对刚果红和氟离子吸附行为。(3)利用水热法合成微纳结构ZnFe2O4空心球,微纳结构ZnFe2O4空心球是由纳米级小球相互连接形成的2μm左右的大微米球。其纳米级ZnFe2O4空心球直径约为100400 nm,空心球壁厚约为3 nm;微纳结构ZnFe2O4空心球相比于纳米级ZnFe2O4空心球拥有更大的比表面积,约为52.037 m2/g。接着探讨了水热反应时间和温度等因素对形貌的影响,然后添加了氧化石墨烯浆料(GO)用于提高ZnFe2O4空心球的光催化性能,GO和ZnFe2O4空心球的结合方式是以GO为内核,纳米级ZnFe2O4空心球为外部的结构相互连接形成微米结构。最后通过光催化实验,证明了GO添加量为1 mL时,光催化效果最好,对刚果红和亚甲基蓝的去除率分别达到了85%和96%。
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