静电纺氧化铝纳米纤维非织造材料及性能研究

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本文采用溶胶-凝胶法配制了Al(NO3)3/PVA、AlCl3/PVP纺丝液前驱体及以废旧铝制易拉罐为原料制备的AlCl3/PVP溶胶-凝胶纺丝液前驱体,通过静电纺丝技术均成功地纺制出了有机无机杂化纤维,且经高温煅烧后得到了纯纳米氧化铝纤维非织造布,并采用IR、SEM、TG、DSC和XRD等手段对纳米氧化铝纤维结构和性能进行表征,同时通过静电纺丝技术制备出铈、锆掺杂无机复合氧化铝纳米纤维,探讨了铈、锆掺杂对氧化铝纳米纤维热性能和结晶性能的影响。   结果表明:采用静电纺丝法,在Al(NO3)3/PVA纺丝液浓度为6%~10%,AlCl3FPVP纺丝液浓度为5%~7%,电压为25kV~40kV,接收距离为10cm~20cm的条件下可纺制出Al(NO3)3/PVA和AlCl3/PVP无机—有机杂化纤维,前者直径在500nm~1000nm之间,高温煅烧后纤维直径可达50nm~250nm,后者直径在500nm~3000nm之间,高温煅烧后可制备出直径200nm~800nm之间的无机氧化铝纳/微米纤维;AlCl3/PVP有机无机杂化纤维在1100℃下连续煅烧5h可得到热性能稳定的α-Al2O3纳米纤维,在1400℃高温作用下氧化铝残余质量高达94.4%,定量为10g/m2的α-Al2O3纳米纤维非织造布对0.3μm粉尘粒子过滤效率高达99.9%,是一种高效的耐高温过滤材料。   试验发现:以除漆后的铝片作为铝源,通过静电纺丝,在电压为30kV,接收距离为13cm等的条件下纺制出无机一有机杂化纤维,直径大致在1500nm左右,高温煅烧后直径可达500nm。经实验对比,易拉罐表面处理液最终确定为体积分数为14.8%的TFA,体积分数为74.1%的CH2C12和体积分数为11.1%的蒸馏水组成的共混液,该溶液可对易拉罐表面进行有效处理,一次性解决了除漆脱膜的难题,在超声振动下对易拉罐表面处理情况更佳。该处理液配方重复利用率较高,降低了处理成本。   研究发现:以AlCl3/PVP为主要成分,掺杂铈、锆盐组分的纺丝液采用静电纺可制得直径范围为500nm~1000nm的铈、锆掺杂氧化铝纳米纤维非织造布,铈、锆元素的加入有效抑制了氧化铝结晶速度,延缓了氧化铝晶型转变温度,改善了氧化铝耐热性能,赋予了氧化铝纳米纤维较高的比表面积,当铈和锆盐同时加入时效果更佳,该材料在汽车尾气催化剂载体中将具有广泛的应用前景。
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